Jak powstają i z czego składają się chmury kłębiaste cumulus ?

Chmury kłębiaste - Cumulusy

Wygląd i kształt chmur kłębiastych.

Słowo Cumulus pochodzi z języka łacińskiego i oznacza " stertę", " nadmiar ", " szczyt ". Często obserwator pogody porównuje chmury kłębiaste do formułującego się szczytu, puszystej kopy o charakterystycznej, przypominającej strukturze kalafiora. Chmury kłębiaste najczęściej są koloru białego, szarego i składają się w całości z mikroskopijnych kropelek wody. Cumulusy są chmurami o poziomej podstawie. Dryfują po niebie na wysokości od około 600 do 2500 metrów. Chmury Cumulusy powstają w niskich piętrach troposfery a ich cykl życia jest stosunkowo niski i wynosi około 30 minut.

Kiedy i jak powstają chmury kłębiaste ?

Chmury kłębiaste powstają dzięki działaniom prądów wstępujących związanych z napływem zimnego powietrza pod powietrze cieplejsze. Oznacza to, że w tym momencie równowaga atmosfery jest chwiejna. Rozwój tych prądów przejawia się szczególnie wyraźnie podczas konwekcji cieplnej praz podczas intensywnego wypierania powietrza cieplejszego i wilgotniejszego w górę przez nasuwające się powietrze chłodniejsze i suchsze Jest to podstawowy etap, kiedy na niebie rozpoczyna się proces tworzenia  chmur kłębiastych, czasem temu zjawisku może towarzyszyć niewielki opad deszczu. Chmury kłębiaste mogą pojawiać się na niebie w gromadach lub pojedynczo.  Chmury Cumulus mogą powstawać z pary wodnej, przechłodzonych kropelek wody lub kryształków lodu, w zależności od temperatury otoczenia. Występują w wielu odrębnych podformach i generalnie chłodzą ziemię poprzez odbijanie przychodzącego promieniowania słonecznego.

Kilka faktów o chmurach kłębiastych

• Gęstość wody w chmurze cumulus zmienia się wraz z wysokością nad podstawą chmury, a nie jest w przybliżeniu stała w całej chmurze.

• Maksymalne stężenie  wynosi do  1,25 grama wody na kilogram powietrza. Stężenie powoli spada wraz ze wzrostem wysokości do wysokości wierzchołka chmury, gdzie natychmiast ponownie spada do zera.

• Chmury Cumulus mogą tworzyć linie rozciągające się na długości 480 kilometrów zwane ulicami chmur. Te chmurne ulice pokrywają rozległe obszary i mogą być przerwane lub ciągłe. Tworzą się, gdy uskok wiatru powoduje cyrkulację poziomą w atmosferze, tworząc długie, cylindryczne ulice chmur. Zwykle tworzą się one podczas systemów wysokociśnieniowych , np. po froncie zimnym.

• Wysokość, na której tworzy się chmura, zależy od ilości wilgoci w cieple, które tworzy chmurę. Wilgotne powietrze zwykle powoduje niższą podstawę chmur. W obszarach o umiarkowanym klimacie podstawa cumulusów znajduje się zwykle poniżej 550 metrów (1800 stóp) nad poziomem gruntu, ale może sięgać do 2400 metrów (7900 stóp) wysokości. Na suchych i górzystych obszarach podstawa chmur może przekraczać 6100 metrów (20 000 stóp).

• Chmury Cumulus mogą składać się z kryształków lodu , kropelek wody, kropelek przechłodzonej wody lub ich mieszaniny. Kropelki wody tworzą się, gdy para wodna kondensuje na jądrach, a następnie mogą łączyć się w coraz większe kropelki.

• Jedno z badań wykazało, że w regionach o klimacie umiarkowanym badane podstawy chmur znajdowały się na wysokości od 500 do 1500 metrów (1600 do 4900 stóp) nad poziomem gruntu. Chmury te były zwykle powyżej 25 ° C (77 ° F), a stężenie kropelek wahało się od 23 do 1300 kropel na centymetr sześcienny (380 do 21300 na cal sześcienny). Dane te zostały zaczerpnięte z rosnących izolowanych chmur cumulusów, które nie wytrącały się. Kropelki były bardzo małe, o średnicy do około 5  mikrometrów . Chociaż mogły być obecne mniejsze kropelki, pomiary nie były wystarczająco czułe, aby je wykryć. Najmniejsze kropelki znaleziono w dolnych partiach obłoków, a odsetek dużych kropel (około 20 do 30 mikrometrów) dramatycznie wzrastał w górnych obszarach obłoku. Rozkład wielkości kropelek miał nieco bimodalny charakter, z pikami przy małych i dużych rozmiarach kropel oraz niewielkim spadkiem w średnim zakresie wielkości. Pochylenie było z grubsza neutralne.  Co więcej, duża wielkość kropel jest z grubsza odwrotnie proporcjonalna do stężenia kropel na jednostkę objętości powietrza. 

• Miejscami cumulusy mogą mieć „dziury”, w których nie ma kropel wody. Mogą one wystąpić, gdy wiatry rozrywają chmurę i włączają powietrze z otoczenia lub gdy silne prądy zstępujące odparowują wodę.

Gatunki chmur kłębiastych (Cumulus)

Chmury kłębiaste można podzielić na :

Cumulus fractus -  to chmura niskiego poziomu w kształcie zwitka waty. Jeśli trochę się uformuje i stanie się potężna, może rozwinąć się w Cumulus humilis . Cumulus fractus należy do chmur kłębiastych.  Gatunek chmur „fractus” występuje tylko w chmurach typu cumulus i stratus na niskich wysokościach i jest jednym z dwóch gatunków powiązanych z chmurami stratus. W tłumaczeniu z łaciny oznaczającego broken, ich skróty chmurowe można zapisać odpowiednio jako „Cu fra” i „St fra”. Chmury Fractus są czasami określane jako chmury scud i najlepiej można je opisać jako postrzępione chmury, które nieustannie zmieniają kształt.

Nie zawsze łatwo jest odróżnić cumulus fractus od stratus fractus. Jednym z sugerowanych sposobów określenia rodzaju chmury jest badanie warunków otoczenia i chmur znajdujących się w pobliżu. Jeśli chmura, o której mowa, pokazuje bardzo mało szczegółów i jest otoczona innymi chmurami stratus, może to być wymowny znak stratus fractus. W pogodny, pogodny dzień, jeśli widzisz chmury fractus, prawdopodobnie patrzysz na cumulus fractus.

Podobnie jak chmury fraktusowe, gatunki chmur kłaczkowatych również mogą mieć postrzępiony wygląd, ale zwykle są bardziej wytrzymałe i nie tak rozdrobnione. Akcesorium chmury pannus jest zasadniczo rodzajem chmury fraktusowej, która towarzyszy innym typom chmur, takim jak altostratus, nimbostratus, cumulonimbus, a czasem cumulus congestus .

Inne rodzaje chmur związanych z chmurami fractus to stratus silvagenitus (parowanie lasu) oraz stratus caractagentius (kondensacja wodospadu). Formacje chmur fractus są dość powszechnym gatunkiem, gdy występują chmury cumulus i stratus.

Może być również cumulusem rozpadającym się z powodu braku ciepłego i wilgotnego powietrza. Klasyfikujemy go wśród chmur niskopoziomowych (0-2 km), podobnie jak inne chmury typu cumulus, i nigdy nie pada. Zawsze składa się z małych kropelek wody. Można go również nazwać fractocumulus. Inną chmurą typu fractus jest Stratus .

Cumulus humilis - chmury pierzaste nazywane chmurami pięknej pogody. Nazwa zaczerpnięta  języka łacińskiego, co oznacza humilis – niski, płaski, mały. Jeśli rozwiną się w cumulus mediocris lub cumulus congestus , burze mogą pojawić się później w ciągu dnia. 

Zwykle tworzą się na niższych wysokościach (500–3000 m (1500–10 000 stóp)), ale w gorących krajach lub na terenach górzystych chmury te mogą wystąpić na wysokości do 6000 m (20 000 stóp). Nie wykazują żadnego znaczącego pionowego rozwoju, co wskazuje, że temperatura w atmosferze nad nimi albo spada bardzo powoli, albo wcale wraz z wysokością; oznacza to, że wskaźnik porzuceń środowiskowych jest niewielki. Cumulus humilis mogą towarzyszyć inne rodzaje chmur .

Powietrze poniżej podstawy chmur może być dość turbulentne z powodu termiki , która utworzyła chmury, co sprawia, że ​​pasażerowie lekkich samolotów mogą poruszać się niekomfortowo.  Aby uniknąć turbulencji tam, gdzie takie chmury są obecne, piloci mogą wznosić się ponad wierzchołki chmur. Jednak piloci szybowcowi aktywnie poszukują wznoszącego się powietrza, aby nabrać wysokości.

Chmury te mogą później przekształcić się w cumulusy, gdy konwekcja jest wystarczająco intensywna  , chociaż obecność tego typu chmur zwykle wskazuje na ładną pogodę.

Poranne chmury cumulus humilis to oznaki niestabilnej atmosfery. Większe chmury lub burze mogą tworzyć się w ciągu dnia, powodując złą lub ciężką pogodę po południu lub wieczorem. Chmury Cumulus humilis nie są chmurami deszczowymi, ale mogą poprzedzać burzę.

Cumulus humilis są czasami widoczne pod chmurami cirrostratus , które blokują część ciepła słonecznego, tworząc w ten sposób inwersję , powodując, że wszelkie chmury cumuliform spłaszczają się i stają się cumulus humilis. W takim przypadku może zbliżać się ciepły front i deszcz będzie możliwy przez następne 12 do 24 godzin.

Kiedy cumulus humilis pojawiają się na bezchmurnym niebie, są wskaźnikiem dobrej pogody na najbliższe kilka godzin. 

Chmury Cumulus humilis są formowane przez wznoszące się ciepłe powietrze lub termiki o wznoszących się prądach powietrza o prędkości 2–5 m/s (7–17 ft/s).  Chmury te są zwykle bardzo małymi chmurami konwekcyjnymi i zwykle tworzą się po tym, jak temperatura osiągnie poziom kondensacji . Mogą rozwinąć się w chmury cumulus mediocris, ale najczęściej zanikają kilka minut po uformowaniu.

Cumulus mediocris to chmura niskiego do średniego poziomu z pewnym pionowym zasięgiem (Rodzina D1) z rodzaju cumulus , większa w rozwoju pionowym niż Cumulus humilis .  Może również wykazywać małe wypukłości u góry i może wykazywać formę kalafiora charakterystyczną dla chmur cumulus. Chmury Cumulus mediocris zazwyczaj nie wytwarzają opadów o natężeniu większym niż bardzo lekkie, ale mogą dalej przechodzić w chmury, takie jak Cumulus congestus lub Cumulonimbus , które wytwarzają opady i silne burze.

Cumulus mediocris jest olśniewająco biały w świetle słonecznym i jest ciemny pod spodem. Pojedyncza odmiana oparta na wzorze, Cumulus radiatus, jest czasami obserwowana, gdy poszczególne chmury są ułożone w równoległe rzędy. Powstałe formacje są znane jako „ulice chmur” i są ustawione w przybliżeniu równolegle do wiatru. 

Cumulus mediocris może mieć cechy oparte na opadach, takie jak virga i może tworzyć chmury Cumulus praecipitato. Dodatkowa cecha łuszczki jest czasami obserwowana w przypadku wytrącania Cumulus mediocris, ale w tym przypadku kod sprawozdawczy CL 7 zwykle używany do identyfikacji łuszczki jest zwykle zastępowany przez CL 2 ze względu na dodatkową obecność znaczącego rozwoju pionowego. Cechy Pileus (chmura czapy), welum (fartuch), arcus (chmura toczenia lub półki) i tuba (kolumna pionowa) są również czasami obserwowane w przypadku Cumulus mediocris . Cumulus mediocris może powstać w wyniku częściowej transformacji altocumulus lub stratocumulus. Ten rodzaj i typ gatunku może być również wynikiem całkowitej transformacji stratocumulus lub stratus.

Chmury te są powszechne podczas posuwania się zimnego frontu lub w niestabilnych warunkach atmosferycznych, takich jak obszar niskiego ciśnienia. Mogą urosnąć do większych cumulus congestus , które mogą przynosić deszcz i wiatry. Obecność cumulus mediocris rano lub wczesnym popołudniem wskazuje na znaczną niestabilność atmosfery, która prawdopodobnie doprowadzi do burzy późnym popołudniem lub wieczorem.

Jak każda chmura Cumulus, Cumulus mediocris tworzy się poprzez konwekcję z kolumn powietrza termicznego. Kieszenie powietrza cieplejszego niż otaczające je powietrze (ze względu na nierówności powierzchni gruntu lub inne czynniki) są również mniej gęste niż otaczające je powietrze i mają wyporność. Gdy kieszenie powietrzne unoszą się w górę, ochładzają się, ostatecznie osiągając punkt rosy i kondensując, tworząc chmury Cumulus humilis. Jeśli termika będzie wystarczająco silna, będą nadal wypychać powietrze w górę, a chmury Cumulus humilis rozwiną się w chmury Cumulus mediocris.

Cumulus congestus , znany również jako wysoki cumulus , jest formą cumulusu , który może być oparty na niskich lub średnich zakresach wysokości. Osiągają znaczny rozwój pionowy w obszarach głębokiej, wilgotnej konwekcji . Stanowią one etap pośredni między cumulus mediocris i cumulonimbus , czasami powodując opady śniegu, deszczu lub granulek lodu .  Opady, które odparowują przed dotarciem na powierzchnię, to virga .

Chmury Cumulus congestus są charakterystyczne dla niestabilnych obszarów atmosfery podlegających konwekcji. Często charakteryzują się ostrymi konturami i świetnym rozwojem pionowym.  Ponieważ są one wytwarzane przez (i składają się głównie z) silnych prądów wstępujących , są zazwyczaj wyższe niż szerokie, a szczyty chmur mogą osiągnąć 6 kilometrów (20 000 stóp) lub więcej w tropikach. 

Chmury cumulus congestus powstają ogólnie w wyniku rozwoju cumulus mediocris, chociaż mogą być również tworzone z altocumulus castellanus lub stratocumulus castellanus , które są formami cumulus castellanus . Gatunek chmur typu congestus można znaleźć tylko w rodzaju cumulus i jest oznaczony jako wysoki cumulus (TCu) przez Organizację Międzynarodowego Lotnictwa Cywilnego (ICAO). Chmury Congestus mogą wytwarzać silne turbulencje i opady o intensywności od umiarkowanej do silnej. Gatunek ten jest klasyfikowany jako wertykalny lub wieloetapowy i jest oznaczony kodem C L2 w sprawozdaniu zbiorczym. Chmury te są zwykle zbyt duże i nieprzejrzyste, aby mieć jakiekolwiek nieprzezroczystość lub odmiany oparte na wzorach. Congestus a zwłaszcza cumulonimbus są niebezpieczne dla lotnictwa .

Zbliżający się front pogodowy często przynosi chmury średniego poziomu, takie jak altostratus lub altocumulus , które gdy są ekspansywne i gęste, zmniejszają nasłonecznienie i zakłócają cumulusy przed osiągnięciem stadium zastoju. Jednak od czasu do czasu, szczególnie gdy powietrze poniżej środkowego poziomu chmur jest bardzo ciepłe lub niestabilne, niektóre cumuli mogą stać się zatłoczone, a ich wierzchołki mogą wznosić się powyżej środkowego poziomu chmur, czasami powodując opady deszczu przed głównym pasmem deszczu . Jest to często znak, że zbliżający się front zawiera co najmniej kilka cumulonimbi wśród chmur deszczowych nimbostratus i dlatego każdemu deszczowi mogą towarzyszyć burze .

Cumulus congestus dojrzewa w cumulonimbus calvus w warunkach dostatecznej niestabilności . Ta transformacja może być widoczna po obecności gładkich, włóknistych lub prążkowanych aspektów przyjmowanych przez górną część chmury.Podczas gdy wszystkie zatory wytwarzają deszcze, rozwój ten może spowodować obfite opady . 

Chmura flammagenitus lub pyrocumulus (FgCu lub FgCu con) to szybko rosnąca chmura konwekcyjna związana z erupcjami wulkanów i pożarami na dużą skalę (zazwyczaj pożary . Pyrocumulus congestus może zatem tworzyć się w tych szczególnych okolicznościach, które mogą również powodować silne turbulencje.

Cumulus congestus może być również kojarzony z strugami wody przy dobrej pogodzie , które tworzą się w wyniku rotacji na otwartej powierzchni wody, rozciągając się i napinając pod ich prądem wstępującym . Kiełpiornice najczęściej tworzą się również pod przekrwieniem. Oba te tornada niezwiązane z mezocyklonem zwykle rozpraszają się, gdy tworzy się bardziej wyraźny szyb opadowy , a prąd zstępujący przerywa ten proces. W silnie ścinanych środowiskach lub w bocznej linii superkomórkicongestus może się obracać i w rzadkich przypadkach wytwarzać tornada typu mezocyklonowego, z trąbkami wodnymi i lejkami lądowymi emanującymi z mizocyklonów, co jest procesem pokrewnym, ale odrębnym.

Prognoza pogody pod kątem obserwacji chmur kłębiastych :

Chmury Cumulus humilis zwykle wskazują na dobrą pogodę.  Chmury Cumulus mediocris są podobne, z wyjątkiem tego, że mają pewien pionowy rozwój, co oznacza, że ​​mogą urosnąć do cumulus congestus lub nawet cumulonimbus , które mogą powodować ulewne deszcze, błyskawice, silne wiatry, grad, a nawet tornada .  Chmury Cumulus congestus , które wyglądają jak wieże, często rozrastają się w chmury burzowe Cumulonimbus . Mogą wytwarzać opady.  Piloci szybowcowi często zwracają baczną uwagę na cumulusy, ponieważ mogą one wskazywać na wznoszące się przeciągi lub termikipod spodem, który może wessać samolot wysoko w niebo – zjawisko znane jako zasysanie chmur.