Posts

cloud types

Όλοι μας κοιτάμε τον ουρανό καθημερινά. Παρατηρούμε τα σύννεφα: πώς “μεγαλώνουν”, πως αλλάζουν σχήμα, πώς “εξαφανίζονται”, πώς κινούνται. Αν και μπορεί να ακούγεται υπερ-απλουστευμένο, η καθημερινή αυτή συνήθεια αποτελεί ένα από τα πρώτα και βασικά συστατικά στοιχεία της πρόγνωσης του καιρού.

Πώς εμφανίζεται ο ουρανός; Έχει βαθύ μπλε χρώμα ή μήπως φαίνεται “ξεθωριασμένος”; Η απάντηση στο ερώτημα αυτό μπορεί άμεσα να μας βοηθήσει να σχηματίσουμε μία πρώτη εικόνα για τα επίπεδα της υγρασίας στην ατμόσφαιρα. Εάν ο ουρανός φαίνεται “ξεθωριασμένος”, τότε η υγρασία είναι μάλλον σε υψηλά επιπέδα. Εάν αντίθετα έχει έντονο μπλε χρώμα, τότε η ατμόσφαιρα είναι μάλλον αρκετά ξηρή (μικρά ποσά υγρασίας).
Υπάρχουν σύννεφα cirrus στον ουρανό; Εάν ναι, τότε ο καιρός θα παραμείνει καλός. Μήπως όμως τα cirrus γίνονται ολοένα και πιο πυκνά και μετασχηματίζονται σε cirrostratus; Εάν αυτό συμβαίνει, θα πρέπει να περιμένουμε μεταβολή του καιρού. Και εάν τα cirrostratus καλύψουν τον ουρανό και δώσουν τη θέση τους σε cirrocumulus, τότε αυτό τι σημαίνει; Σημαίνει πως η μεταβολή του καιρού είναι παραπάνω από βέβαιη, χαρακτηριζόμενη από κάποια άνοδο της θερμοκρασίας ή/και εκδήλωση βροχής μέσα στις επόμενες 24 ώρες. Μόλις τα cirrocumulus μετασχηματιστούν στα χαμηλότερα altostratus ή/και altocumulus, τότε η εκδήλωση βροχής είναι ζήτημα ωρών.
Βέβαια, η παρατήρηση του ουρανού και των νεφών δεν αποτελεί εργαλείο πασπαρτού για την (βραχυπρόθεσμη) πρόγνωση του καιρού. Αυτό συμβαίνει διότι από την παρατηρήση των νεφών δεν προκύπτουν πάντα ξεκάθαρα συμπερασμάτα. Σε αυτές τις περίπτωσεις, το καλύτερο που έχουμε να κάνουμε είναι να περιμένουμε προτού επιχειρήσουμε να ανιχνεύσουμε τις μελλοντικές προθέσεις του καιρού. Για παράδειγμα, υπάρχουν ημέρες κατά τις οποίες σύννεφα cumulus εμφανίζονται στον ουρανό τις πρωινές ώρες. Με μια πρώτη ματιά, τα σύννεφα αυτά μοιάζουν “ακίνδυνα”. Ξαφνικά όμως, προς το μεσημέρι, τα μικρά αυτά cumulus αναπτύσσονται και μετασχηματίζονται σε towering cumulus. Τα τελευταία αποτελούν οιωνό για την εκδήλωση καταιγίδων στο πολύ άμεσο μέλλον.
Διαβάζοντας τα παραπάνω, θα έχετε μάλλον πειστεί πως η παρατήρηση του ουρανού και των νεφών μπορεί να σας δώσει πολύτιμες πληροφορίες σχετικά με την βραχυπρόθεσμη (24-48 ώρες) εξέλιξη του καιρού. Γνωρίζοντας τους βασικούς τύπους νεφών που εμφανίζονται στον ουρανό, μπορούμε στη συνέχεια να χρησιμοποιήσουμε τον παρακάτω απλό “οδηγό” με στόχο την βραχυπρόθεσμη πρόγνωση του καιρού.

Απλός “οδηγός” ερμηνείας νεφών (κάντε κλικ στις φωτογραφίες για καλύτερη ανάλυση)

ΥΨΗΛΑ ΝΕΦΗ
Cirrus, Ci (Θύσανοι)

CIRRUS CLOUDS

Πηγή: Higgins Storm Chasing

H παρουσία αυτών των νεφών συνδέεται γενικά με την επικράτηση καλών (αίθριων) καιρικών συνθηκών στο άμεσο μέλλον. Ωστόσο, η εμφάνιση τους αποτελεί επίσης ένδειξη επικείμμενης μεταβολής του καιρού (προσέγγιση μετώπου) κατά τη διάρκεια των επόμενων (συνήθως) 24 ωρών.
Παρατηρώντας την κίνηση των cirrus και της διεύθυνσης κατά την οποία διατάσσονται, μπορούμε να εκτιμήσουμε την κατεύθυνση κατά την οποία πλησιάζει το μέτωπο (από πού έρχεται ο καιρός). 

Cirrostratus, Cs (Θυσανοστρώματα)

CIRROSTRATUS CLOUDS

Πηγή: MetOffice

Η παρουσία αυτών των νεφών στον ουρανό υποδηλώνει, συνήθως, την επικράτηση “υγρών” καιρικών συνθηκών κατά τη διάρκεια των επόμενων 12 – 24 ωρών. Στην περίπτωση που τα cirrostratus εμφανίζονται να πυκνώνουν, η εκδήλωση υετού μέσα στο επόμενο 24ώρο είναι κατά κανόνα βέβαιη. Εάν αντίθετα εμφανίζονται να αραιώνουν, τότε αναμένεται η σταδιακή επικράτηση αίθριων καιρικών συνθηκών.

Cirrocumulus, Cc (Θυσανοσωρείτες)

CIRROCUMULUS CLOUDS

Πηγή: EPOD

Η παρουσία αυτών των νεφών είναι κατά κανόνα συνώνυμη της επικράτησης καλών καιρικών συνθηκών κατά το άμεσο μέλλον. Ωστόσο, στις τροπικές περιοχές, τα cirrocumulus υποδηλώνουν την έλευση κάποιου καταιγιδοφόρου συστήματος.

 

ΜΕΣΑ ΝΕΦΗ
Altostratus, As (Υψιστρώματα)

ALTOSTRATUS CLOUDS

Πηγή: Wikipedia

Τα συγκεκριμένα νέφη καλύπτουν συνήθως το σύνολο του ουρανού. Τα altostratus εμφανίζονται συχνότερα όταν επίκειται κάποια μεταβολή του καιρού (βροχή, συνήθως έντονη) στον άμεσο χρονικό ορίζοντα. Σε ορισμένες περιπτώσεις είναι δυνατόν και τα ίδια τα προκαλούν εκδήλωση φαινομένων, συνήθως με την μορφή ασθενούς βροχόπτωσης μακράς διάρκειας. Εάν η ατμόσφαιρα είναι αρκούντως ασταθής, τότε αυξάνουν το πάχος τους και οδηγούν σε εκδήλωση εντονότερων φαινομένων.

Altocumulus, Ac (Υψισωρείτες)

ALTOCUMULUS CLOUDS

Πηγή: iStock

Η παρουσία αυτών των νεφών στον ουρανό κατά τη διάρκεια των πρωινών ωρών αποτελεί, κατά κανόνα, “οιωνό” για την εκδήλωση καταιγίδας το απόγευμα. Τα altocumulus προπορεύονται θερμών μετώπων, ενώ εντοπίζονται συχνά και στο θερμό τομέα των βαρομετρικών χαμηλών. 

 

ΧΑΜΗΛΑ ΝΕΦΗ
Stratus, St (Στρώματα)

STRATUS CLOUDS

Πηγή: FreeBigPictures

Η παρουσία των νεφών αυτών είναι συνήθως συνώνυμη της εκδήλωσης ασθενών φαινομένων. Τα stratus αποτελούν επίσης δείκτη για την παρουσία ασθενών ανοδικών κινήσεων στην ατμόσφαιρα. 

Stratocumulus, Sc (Στρωματοσωρείτες)

STRATOCUMULUS CLOUDS

Πηγή: Flickr

Τα συγκεκριμένα νέφη αποτελούν δείκτη αυξημένης υγρασίας στην ατμόσφαιρα. Ο σχηματισμός των stratocumulus οφείλεται σε ασθενείς έως μέτριες ανοδικές κινήσεις, ενώ συχνά εμφανίζονται μετά τη διέλευση κάποιου μετώπου. Δε συνδέονται με εκδήλωση φαινομένων.

Nimbostratus, Ns (Μελανοστρώματα)

NIMBOSTRATUS CLOUDS

Πηγή: VideoBlocks

Τα συγκεκριμένα νέφη συνδέονται με κακοκαιρίες και διελεύσεις μετώπων. Τα nimbostratus “ταυτίζονται” με την εκδήλωση βροχής.

 

ΝΕΦΗ ΚΑΤΑΚΟΡΥΦΗΣ ΑΝΑΠΤΥΞΗΣ
Cumulus, Cu (Σωρείτες)

CUMULUS CLOUDS

Πηγή: iagua.es

Η παρουσία των νεφών αυτών στον ουρανό συνδέεται, κατά κανόνα, με την επικράτηση καλοκαιρίας. Για το λόγο αυτό, τα cumulus αναφέρονται συχνά και ως “νέφη καλοκαιρίας” (fair weather cumulus). Παρόλα αυτά, η αύξηση της νεφικής τους μάζας (κατακόρυφη ανάπτυξη) αποτελεί σημάδι για πιθανή δημιουργία και εκδήλωση καταιγίδας.

Cumulonimbus, Cb (Σωρειτομελανίες)

CUMULONIMBUS CLOUDS

Πηγή: Rensselaer Plateau Life

Τα συγκεκριμένα νέφη αποτελούν “απόγονο” νεφών cumulus τα οποία αναπτύχθηκαν κατακόρυφα. Τα cumulonimbus αποτελούν τον πιο χαρακτηριστικό τύπο καταιγιδοφόρου νέφους. Σχηματίζονται κατά τη διάρκεια ημερών όπου επικρατεί έντονη ατμοσφαιρική αστάθεια.  

Επιμέλεια-Σύνταξη: Θοδωρής Μ. Γιάνναρος, Φυσικός – Δρ. Φυσικής Περιβάλλοντος

ΜΙΚΡΟΦΥΣΙΚΗ ΝΕΦΩΝ

Πολλές φορές βλέπουμε να σχηματίζονται κρύσταλλοι πάνω στο παράθυρο του αεροπλάνου. Σε αυτό το σύντομο άρθρο θα προσπαθήσουμε να απαντήσουμε σε δύο ερωτήματα:
1. Πως δημιουργούνται αυτοί οι παγοκρύσταλλοι;
2. Από τι εξαρτάται το σχήμα τους?

Πριν απαντήσουμε σε αυτές τις δύο ερωτήσεις θα πρέπει να εξοικιωθούμε με κάποιους όρους και διαδικασίες.

Η θεωρία Bergeron-Findeisen
Σύμφωνα με αυτή τη θεωρία [Bergeron, 1935], η τάση των υδρατμών στην επιφάνεια ενός παγοκρυστάλλου είναι αρκετά μικρότερη από αυτήν στην επιφάνεια των μικρότερων νεφοσταγονιδίων. Για να γίνει πιο κατανοητή αυτή η πρόταση αρκεί να φανταστούμε απλουστευμένα ότι ο άερας ασκεί πολύ μικρότερη πίεση στα μόρια μίας ευρείας επιφάνειας σε σχέση με τα μόρια μίας περιορισμέμνης επιφάνειας. Για τον λόγο, λοιπόν, αυτόν, δημιουργείται μία ροή από τις υψηλότερες προς τις χαμηλότερες τάσεις υδρατμών και άρα από τα μικρά νεφοσταγονίδια προς τους μεγαλύτερους παγοκρυστάλλους. Με τον τρόπο αυτόν, σε ένα νέφος μικτής φάσης, όπου οι θερμοκρασίες κυμαίνονται μεταξύ 0 και -37oC και άρα η συνύπαρξη της υγρής (υπεψυγμένες σταγόνες) και της στερεάς (παγοκρυστάλλια) φάσης του νερού είναι δυνατή, οι παγοκρύσταλλοι θα αυξάνουν σε μέγεθους σε βάρος των νεφοσταγονιδίων.

Δημιουργία υδροσταγόνων και παγοκρυστάλλων ετερογενώς
Για τη δημιουργία παγοκρυστάλλων σε πραγματικές συνθήκες, όπως και για τη δημιουργία υδροσταγόνων, συνήθως είναι απαραίτητη η ύπαρξη πυρήνων συμπύκνωσης (ετερογενής πυρηνοποίηση). Τέτοιοι μπορεί να είναι μικροσκοπικά κομμάτια πάγου ή κάποια άερζολς (πχ αφρικανική σκόνη, το αλάτι της θάλασσας, προιόντα αποσάθρωσης του εδάφους της γης κλπ). Αυτοί μεταφέρονται μέσω των ανοδικών ρευμάτων σε μεγαλύτερα ύψη και όντας μεγαλύτεροι από τα νεφοσταγονίδια, τα προσελκύουν. Έτσι δημιουργούνται οι πρώτες υδροσταγόνες. Αν αυτή η διαδικασία συμβεί σε θερμοκρασίες χαμηλότερες από 0oC, δημιουργούνται παγοκρυστάλλια. Ωστόσο, το σημείο πήξης του νερού εξαρτάται από τον πυρήνα συμπύκνωσης και το πόσο καλά αυτός “ταιριάζει” στην κρυσταλλική δομή του πάγου. Να σημειωθεί ότι το καθαρό νερό χωρίς προσμίξεις παγώνει σε θερμοκρασίες <-37οC [Houze, 2014].

Σχέση του σχήματος παγοκρυστάλλων με τη θερμοκρασία και υγρασία του περιβάλλοντος δημιουργίας τους
Στο παρακάτω σχήμα που αποτελεί προϊόν έρευνας των Kobayashi [1961], Magono and Lee [1966] και Bailey and Hallett [2009], φαίνεται κάτω από ποιες συνθήκες ένα παγοκρυστάλλιο θα πάρει κάποια συγκεκριμένη μορφή.

Έτσι λοιπόν, όταν στο παράθυρο του αεροπλάνου ξεμείνουν κάποιες μεγάλες σταγόνες αλλά και αρκετές μικρότερες που είναι ορατές σαν υγρασία πάνω στο τζάμι, κάποιες από αυτές θα παγώσουν νωρίτερα από κάποιες άλλες. Αυτό έχεις ως αποτέλεσμα, οι παγωμένες πλέον σταγόνες να προσελκύσουν τα μικρότερα υδροσταγονίδια και να αναπτυχθούν σε παγοκρύσταλλους. Το σχήμα των τελευταίων θα εξαρτάται από την εκάστοτε θερμοκρασία και υγρασία του αέρα. Ωστόσο, συνήθως παρατηρούμε οι κρύσταλλοι να έχουν αρκετά πιο περίπλοκα σχήματα από έναν απλό δενδρίτη ή εξάγωνο. Σύμφωνα με τους Bailey and Hallet [2009], σε θερμοκρασίες μεταξύ των -20 και -70οC (όπου συνήθως πετάει ένα αεροπλάνο), οι παγοκρύσταλλοι παίρνουν στηλόμορφες δομές ή ροζέτες ή συνδυασμό αυτών των δύο μοτίβων. Τέλος, είναι χαρακτηριστική η απουσία υδροσταγονιδίων περιφερειακά των παγοκρυστάλλων πάνω στο τζάμι (βλ. φώτο). Αυτό οφείλεται ακριβώς στη θεωρία Bergeron-Findeisen (που εξηγήθηκε νωρίτερα).

IMG_0981

Αναφορές

Bailey, Matthew P., and John Hallett. “A comprehensive habit diagram for atmospheric ice crystals: Confirmation from the laboratory, AIRS II, and other field studies.” Journal of the Atmospheric Sciences 66.9 (2009): 2888-2899.

Bergeron, T. 1935. On the physics of cloud and precipitation.Proc.5th Assembly U.G.G.I. Lisbon.Vol. 2, .p. 156.

Houze Jr, Robert A. Cloud dynamics. Vol. 104. Academic press, 2014.

Kobayashi, T. “The growth of snow crystals at low supersaturations.” Philosophical Magazine 6.71 (1961): 1363-1370.

Magono, C., and C. W. Lee, 1966: Meteorological classification of natural snow crystals. J. Fac. Sci., Hokkaido Univ., Ser. 7, 2, 321–335