Teoria modelarstwa Chmury
Chmury
Rozwijająca się w pionie chmura kłębiasta cumulus.
CZYM JEST CHMURA I JAK POWSTAJE?
Każda chmura, zarówno ta piękna i lekka pierzasta, jak i ta ogromna i ciężka burzowa, to nic innego jak zbiorowisko milionów maleńkich kropelek wody lub kryształków lodu. Błędne jest stwierdzenie, że chmury składają się z pary, aczkolwiek jest ona niezbędna do tego, aby chmura w ogóle się ukształtowała. Wszelka woda na powierzchni ziemi, czy znajduje się w morzu, czy w jeziorze, czy w kałuży, bez przerwy paruje, wzbogacając atmosferę w parę wodną. Miarą ilości pary wodnej znajdującej się w powietrzu jest tzw. wilgotność. Można ją odczuć w upalny, parny, dzień, kiedy temperatura jest wysoka, a wilgotność duża. Para wodna pozostaje parą powyżej temperatury 100 stopni, dlaczego więc istnieje w powietrzu w temperaturach znacznie niższych? Owe 100 stopni to temperatura wrzenia wody przy ciśnieniu atmosferycznym. Ponieważ pary wodnej w powietrzu nigdy nie ma tyle, aby miała ona tak duże ciśnienie, część wody zamienia się w parę już w niskich temperaturach, przy czym im mniej pary w otaczającym powietrzu tym intensywniejsze parowanie.
Tworząca się nad rozgrzanym terenem chmura burzowa.
Powietrze, tak jak każdy inny gaz, ma to do siebie, że im jest cieplejszy, tym chętniej wędruje w górę (wynika to z większej energii szybciej poruszających się cząsteczek powietrza, które łatwiej pokonują przyciąganie ziemskie), natomiast, gdy jest zimny, opada w dół. Jeżeli w czasie słonecznego dnia, ziemia nagrzeje się odpowiednio mocno, aby odpowiednio mocno podgrzać znajdujące się tuż nad nią powietrze, wówczas ono unosi się w górę - powstaje tzw. prąd wstępujący. Prąd ten to nic innego jak wiatr, tyle że wiejący pionowo w górę. Na powierzchni ziemi nie jesteśmy w stanie zauważyć żadnych prądów wznoszących, ale gdybyśmy wznieśli się kilka kilometrów nad ziemię, wówczas poczulibyśmy jego wpływ. To dzięki nim właśnie w powietrzu unoszą się duże ptaki i szybowce. Fakt, że prąd wstępujący jest "wiatrem" na tyle silnym, że potrafi utrzymać w powietrzu ważący kilkadziesiąt do kilkuset kilogramów szybowiec, daje wyobrażenie o jego sile i prędkości w pewnych warunkach. Tak więc powietrze unoszące się do góry również zawiera parę wodną, a ponieważ im wyżej, tym zimniej, powietrze i para wodna ochładzają się. Para może schłodzić się na tyle, że zacznie się skraplać, lecz aby mogło dojść do skroplenia pary, w powietrzu muszą być obecne tzw. jądra kondensacji. Na pewno bawiliście się kiedyś z parą uchodzącą z czajnika - para wychodząc z gorącego wnętrza czajnika schładza się jednak nie skrapla, lecz wystarczy do strumienia pary przyłożyć np. lusterko lub szkło, aby uchodząca para natychmiast zaczęła się skraplać. Jądra kondensacji to drobne cząstki stałe - pyłki, ziarenka piasku, sadza, drobiny soli morskiej, które dla pary wodnej są takimi właśnie "lusterkami". Dzięki nim schłodzona wysoko para wodna skrapla się na jądrach kondensacji i tworzy skupiska tysięcy i milionów takich malutkich kropelek z pyłkiem w środku. Z dołu skupiska te widzimy jako chmury. Jeżeli para schładza się bardzo wysoko - powyżej 6-7km wówczas jest już tak zimna, że napotykając jądro kondensacji nie skrapla się na nim lecz od razu zamarza, proces taki nazywamy sublimacją. Wówczas tworzy się chmura złożona z kryształków lodu.
"Komin" wznoszącego się powietrza znaczy swoją drogę skraplającą się parą tworzącą chmurę.
Zarówno kropelki wody jak i kryształki lodu w chmurze są niezwykle drobne, mają średnice rzędu kilku mikrometrów (1 mikrometr = 1/1000000 metra = 1/1000 milimetra). Stężenie jąder kondensacji przy powierzchni ziemi jest rzędu tysięcy i dziesiątków tysięcy cząstek na cm3.
KLIKNIJ TUTAJ ABY ZOBACZYĆ PROCES POWSTAWANIA CHMURY
Mgły, będące przyczyną tylu wypadków drogowych, są fizycznie tym samym, co chmury, tak jak one składają się z drobniutkich kropelek wody, jednak niezamarzających nawet w temperaturze ujemnej. Ich przeciętna średnica wynosi ok. 0,02mm. Wyróżniamy dwa rodzaje mgieł:
Mgły radiacyjne.
Powstają na skutek wypromieniowania ciepła z powierzchni ziemi i z przyległych do ziemi warstw powietrza. Jeżeli jest bezwietrzna pogoda, wówczas jądra kondensacji (patrz czym jest chmura i jak powstaje?) pod wpływem ciężkości opadają powoli w najniższe warstwy powietrza. Szybkie wychłodzenie się wilgotnego i zawierającego dużo jąder kondensacji powietrza tuż nad ziemią powoduje kondensację pary, co z kolei skutkuje powstaniem tysięcy drobnych kropelek wody, czyli mgły. Często jest tak, że wychłodzeniu ulega tylko najniższa warstwa powietrza, natomiast wyższe wychładzają się wolniej. Doprowadza to do zjawiska tzw. inwersji, czyli najprościej mówiąc zimno jest na dole, ciepło na górze, czyli odwrotnie niż być powinno:) Ma to miejsce często wieczorami, dlatego wówczas w okolicach lasu i wilgotnych łąk obserwujemy mgłę, która "kończy się" na wysokości kilku, kilkunastu metrów - jest to tzw. mgła przyziemna.
Mgła przyziemna nad wilgotną łąką.
Mgły radiacyjne powstają często w zimie przy wyżowej, bezwietrznej pogodzie, kiedy to w nocy ziemia i przyległe warstwy powietrza oziębiają się, a ustępują rano, kiedy słońce je ogrzeje i kropelki tworzące mgłę znów zamienią się w parę wodną.
Mgła radiacyjna zimowym rankiem.
Mgły adwekcyjne.
Nad lądem są rzadsze niż mgły radiacyjne, a to dlatego, że powstają na skutek poziomego przesuwania się mas powietrza ciepłego i wilgotnego nad chłodnym podłożem. Para wodna zawarta w tym powietrzu ochładzając się od zimnego podłoża skrapla się na jądrach kondensacji tworząc mgłę. Mgły tego rodzaju są często spotykane na wybrzeżu, kiedy w lato cieplejsze powietrze znad lądu napływa nad chłodniejsze wody morskie, a w zimie ciepłe powietrze morskie napływa nad zimny ląd.
Mgła adwekcyjna na wybrzeżu morskim.
Osobnym rodzajem mgieł są tzw. mgły z parowania. Powstają, kiedy ciepły jeszcze zbiornik wodny znajdzie się w zimnym powietrzu. Ma to miejsce rankiem po chłodnej nocy - ponieważ woda oddaje zgromadzone ciepło wolniej niż ląd, dochodzi do sytuacji, w której wczesnym rankiem woda jest jeszcze ciepła, natomiast otaczające powietrze - już zimne.
Mgła powstająca nad ciepłym jeziorem chłodnym rankiem.
Bogactwo kształtu i zjawisk towarzyszącym chmurom zmusiło meteorologów do opracowania odpowiedniego systemu klasyfikacji. Pod względem budowy chmury dzielimy na trzy rodzaje:
-
chmury wodne - składające się całkowicie z kropelek wody, powstające na małych wysokościach
-
chmury wodno-lodowe - składające się zarówno z kropelek wody (dolna część chmury), kropelek przechłodzonych (tzn. takich o temperaturze mniejszej niż 0 stopni ale jeszcze nie zamarzniętych, środkowa część chmury) oraz kryształków lodu (górna część chmury)
-
chmury lodowe - składają się wyłącznie z kryształków lodu, powstają na dużych wysokościach, gdzie przez cały rok jest temperatura ujemna
Podobnie dzieli się chmury ze względu na wysokości, na jakich występują:
| RODZAJ CHMURY | WYSOKOŚĆ W KM |
| NISKIE | 0-2 |
| ŚREDNIE | 2-7 |
| WYSOKIE | 5-13 |
Obecnie meteorolodzy na całym świecie przyjmują jeden, międzynarodowy system klasyfikacji i oznaczeń chmur, który dzieli chmury na 10 podstawowych typów:
Wśród nich wyróżnia się wiele podgrup, ale ja ograniczę się w opisie do tych dziesięciu.
Chmury całkowicie lodowe, należące do chmur wysokich. W
yglądają jak pojedyncze delikatne włókna, ławice lub wąskie pasma o strukturze włóknistej. Słońce jest doskonale przez te chmury widoczne, dlatego też występują w nich często zjawiska optyczne takie jak halo. Chmury te nigdy nie dają opadów, aczkolwiek mogą je zwiastować, gdyż występują zawsze przed frontem ciepłym. Moim skromnym zdaniem są to najpiękniejsze chmury:)
Są to ławice, płaty lub warstwy o wyraźnie zaznaczonej bud
owie, składającej się z bardzo drobnych ziarenek, kłaczków, zmarszczek, kędziorków. Często są one podobne do zmarszczek na powierzchni wody lub piasku. Podobnie jak w poprzednich typach są to chmury piętra wysokiego składające się z kryształków lodu i nigdy nie dające opadów.
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. Są to chmury lodowe, piętra wysokiego. Nie dają opadów, aczkolwiek są związane z nadchodzącym frontem ciepłym, a więc mogą zwiastować opad.
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. Chmury należące do piętra średniego. Nie dają opadów.
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.
Mają wspólne pochodzenie z Altostratus. 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, 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.
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.
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.
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. Chmury kłębiaste składają się tylko z kropel wody i zwykle opadów nie dają.
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.
CIEKAWE ZJAWISKA OPTYCZNE W CHMURACH I MGŁACH
Wszelkie zjawiska optyczne powstające w chmurach są wynikiem odpowiedniego odbicia, załamania, ugięcia, a w przypadku zjawisk barwnych, także rozszczepienia światła w kropelkach wody lub kryształkach lodu tworzących chmurę lub mgłę.
Widmo z Brocken.
Jest to bardzo rzadkie zjawisko występujące w górach, podczas wschodu lub zachodu, kiedy słońce jest nisko nad horyzontem. Polega ono na tym, że długi cień człowieka padający na znajdującą się przed nim mgłę lub ścianę chmur warstwowych zalegających w dolinie posiada wielobarwną obwódkę wokół głowy. Co ciekawsze, jeżeli obok siebie stoi kilka osób, to każdy zobaczy tylko swoją obwódkę.
Widmo z Brocken.
Halo i słońca pozorne.
Halo to świetlny pierścień o średnicy kątowej 22 lub 46 stopni 
powstający wokół słońca lub księżyca. Powstaje na skutek załamania światła tych obiektów na wysokich chmurach lodowych takich jak cirrus czy częściej cirrostratus. Zjawisku halo towarzyszy często zjawisko słońca pozornego, czyli jasnej plamki występującej w pobliżu pierścieni halo.
Halo wokół słońca powstałe na chmurze cirrostratus. Widoczne również słońce pozorne.
Wieniec.
To zjawisko optyczne występujące w cienkich, wodnych chmurach (najczęściej altocumulus) znajdujących się przed tarczą Słońca lub Księżyca. Polega ono na występowaniu wokół tych ciał pojedynczego świetlnego
pierścienia o barwie niebieskiej, a na zewnątrz czerwonej. Pierścieniowi temu mogą towarzyszyć inne, mniejsze, o tych samych barwach. Średnica kątowa pierścienia waha się w granicach 1-5 stopnia i zależy od wielkości kropelek wody w chmurze - im kropelki mniejsze, tym pierścień wieńca większy.
Gloria.
Jest zjawiskiem podobnym do wieńca jednak występuje 
nie na tarczy Słońca lub księżyca, lecz po przeciwległej stronie. Powstaje na chmurach położonych przed obserwatorem lub poniżej, dlatego najczęściej spotykane jest w górach i podczas lotu samolotem. Jeśli chmura jest dość blisko obserwatora, wówczas mamy do czynienia ze zjawiskiem Brockenu (widma z Brocken).
Zorza wieczorna/poranna.
Najpospolitsze ale chyba najpiękniejsze zjawisko optyczne. Powstaje na skutek rozproszenia światła słonecznego padającego pod małym kątem na chmurach.
Bez komentarza... :)
Tęcza.
Chyba najbardziej "kolorowe" zjawisko optyczne :) Powstaje na skutek rozszczepienia i odbicia światła słonecznego padającego z 
tyłu obserwatora na dużych kroplach wody tworzących opad. Łuk tęczy jest tylko fragmentem okręgu, którego środek leży na linii prostej łączącej środek tarczy słonecznej i oko obserwatora, dlatego gdy Słońce jest wysoko, widzimy tylko mały kawałek łuku tęczy, natomiast gdy jest nisko, łuk zbliża się kształtem do półokręgu. Czasami obserwowany jest także łuk wtórny zwykle na zewnątrz łuku głównego o fioletowym zabarwieniu po stronie zewnętrznej. Zdarzają się również tęcze "księżycowe".
Miraż (fatamorgana).
Polega na tym, że możemy obserwować obiekty znajdujące się dalej niż linia horyzontu. Powstaje wówczas, gdy powietrze jest intensywnie nagrzewane przez podłoże (np. podczas upału), wskutek czego dolne jego warstwy są cieplejsze niż górne. Warstwy powietrza o różnej temperaturze mają również inne współczynniki załamania światła, co powoduje, że promienie świetlne biegnące przez takie warstwy ulegają zakrzywieniu. Dlatego światło odbite od odległego przedmiotu nie jest ograniczane przez krzywiznę Ziemi i widzimy ów obiekt, mimo że jest położony za linią horyzontu. Obraz ten jest jednak odwrócony - niebo jest "na dole" a ziemia "na górze", dlatego niebo do złudzenie przypomina wodę i często jest mylone z jeziorem (ku rozpaczy pustynnych
podróżników:)
Odwrócony obraz gór znajdujących się za horyzontem.
AKTUALNE ZACHMURZENIE W POLSCE
Jeśli chcesz wiedzieć gdzie teraz w naszym kraju są chmury a gdzie niebo jest czyste, odwiedź stronę Instytutu Meteorologii i Gospodarki Wodnej. Mapa jest aktualizowana co kilka godzin, oto adres:
http://www.imgw.pl/wl/internet/aktualna/phenomena.html
Na koniec kilka tapet na pulpit windows z pięknymi widokami chmur:
| « poprzednia | następna » |
|---|
