Chmury. Strefy zachmurzenia na Ziemi

Agnieszka Krzyżewska, Mateusz Dobek. Zakład Meteorologii i Klimatologii UMCS

1

Chmury

Powstawanie chmur

Aby mogło dojść do kondensacji pary wodnej muszą być spełnione następujące warunki:

powietrze musi osiągnąć stan nasycenia parą wodną (t = t

d

, e = E, f = 100%, d = 0hPa),

muszą być obecne jądra kondensacji (najbardziej aktywne jądra kondensacji to

cząsteczki higroskopijne, tj.: kryształki soli, cząsteczki soli, cząsteczki gazów

higroskopijnych np. bezwodnik kwasu siarkowego, produkty spalania, cząsteczki

amoniaku, pyły wulkaniczne i kosmiczne).

Chmura to skupisko produktów kondensacji pary wodnej występujących w atmosferze w

postaci kropelek wody lub kryształków lodu.

Podział chmur

Ze względu na

budowę chmury dzielą się na:

wodne – zbudowane z kropelek wody o średnicach od 0.05 – 5.0 mm

lodowe – zbudowane z kryształków lodu

mieszane – zbudowane zarówno z kropelek wody, jak i z kryształków lodu.

Ze względu na

wysokość występowania:

Chmury piętra niskiego (< 2km)

Chmury piętra średniego (2 - 7km)

Chmury pietra wysokiego (7 - 13 km)

Chmury o budowie pionowej

Ze względu na

genezę:

konwekcyjne

wślizgowe (frontowe)

falowe

orograficzne

Chmury. Strefy zachmurzenia na Ziemi

Agnieszka Krzyżewska, Mateusz Dobek. Zakład Meteorologii i Klimatologii UMCS

2

Chmury konwekcyjne

Powstają w wyniku silnego nagrzania powierzchni Ziemi

Powietrze nagrzewające się od powierzchni staje się coraz bardziej gorące (czyli lżejsze i

rzadsze) i wznosi się

Powstają prądy konwekcyjne

Powietrze przy wznoszeniu ochładza się adiabatycznie, następuje kondensacja pary

wodnej

Powstają pojedyncze chmury kłębiaste (Cu) przechodzące w kłębiasto - deszczowe (Cb)

Chmury frontowe (powstają na granicy dwóch różnych mas powietrznych)

Przy froncie ciepłym następuje łagodne wślizgiwanie się ciepłego powietrza po pochyłej

powierzchni powietrza chłodnego i tworzą się rozległe ławice chmur warstwowych.

Przy froncie chłodnym następuje wtargnięcie masy powietrza chłodnego, która wypycha

powietrze ciepłe ku górze, w wyniku czego powstają silnie rozbudowane pionowe

chmury kłębiaste.

Poziom
kondensacj
i

Poziom kondensacji

Chmury. Strefy zachmurzenia na Ziemi

Agnieszka Krzyżewska, Mateusz Dobek. Zakład Meteorologii i Klimatologii UMCS

3

Chmury falowe

Powstają na granicy dwóch mas powietrznych (ułożonych horyzontalnie) o różnych

właściwościach termicznych i wilgotnościowych;

W czasie przemieszczania się jednej warstwy nad drugą powstaje między nimi

zafalowanie, zaś na wierzchołkach tych fal następuje ochładzanie powietrza i kondensacja

pary wodnej, zaś w dolinach - wzrost temperatury uniemożliwiający kondensację

Chmury mają postać wałów i pasm, poprzedzielanych jaśniejszymi fragmentami

Chmury orograficzne

Powstają przy przepływie powietrza nad przeszkodami terenu (wymuszone orograficznie)

Przy wznoszeniu powietrze ochładza się i następuje kondensacja pary wodnej

Poziom kondensacji

Poziom
kondensacji

Chmury. Strefy zachmurzenia na Ziemi

Agnieszka Krzyżewska, Mateusz Dobek. Zakład Meteorologii i Klimatologii UMCS

4

Międzynarodowa klasyfikacja chmur

Za podstawę międzynarodowej klasyfikacji przyjęto wygląd zewnętrzny chmury.

Wyodrębniono 10 rodzajów chmur, które wzajemnie wykluczają się:

Wysokie

Cirrus - chmury w kształcie oddzielnych białych delikatnych włókien bądź ławic lub

wąskich pasm, o często jedwabistym połysku.

Cirrocumulus - cienka biała ławica, płat lub warstwa chmur bez cieni, złożona z bardzo

małych członów w kształcie ziaren, zmarszczek itp., połączonych lub oddzielonych od

siebie i ułożonych mniej lub bardziej regularnie.

Cirrostratus - przejrzysta biaława zasłona z chmur o włóknistym lub gładkim wyglądzie,

pokrywająca niebo całkowicie lub częściowo i zwykle powodująca zjawisko halo.

Średnie

Altostratus - płat lub warstwa chmur szarawych bądź niebieskawych o wyglądzie

prążkowanym, włóknistym lub jednolitym, pokrywająca niebo całkowicie lub częściowo

(Słońce widoczne jest jak przez matowe szkło, brak zjawiska halo).

Altocumulus - biaława bądź szarawa mgławica chmur, wykazująca na ogół cienie i

złożona z płatów, walców, zaokrąglonych brył itp., połączonych ze sobą lub oddzielonych

od siebie, niekiedy o wyglądzie częściowo włóknistym lub rozmytym.

Niskie

Nimbostratus - szara warstwa chmur, często ciemna, o wyglądzie rozmytym wskutek

ciągłego opadu deszczu lub śniegu, w większości przypadków dochodzące do ziemi.

Chmura ta całkowicie przesłania Słońce, zaś poniżej niej występują niskie postrzępione

chmury połączone lub od niej oddzielone.

Stratocumulus - szara lub biaława ławica, płat lub warstwa chmur, posiadająca prawie

zawsze ciemne części, złożona z zaokrąglonych brył, walców itp., połączonych ze sobą

lub oddzielonych od siebie i nie posiadających wyglądu włóknistego (z wyj. virga).

Chmury. Strefy zachmurzenia na Ziemi

Agnieszka Krzyżewska, Mateusz Dobek. Zakład Meteorologii i Klimatologii UMCS

5

Stratus - na ogół szara warstwa chmur (rzadziej w postaci ławic) o dość jednolitej

podstawie, mogąca dać opad mżawki, słupków lodowych lub śniegu ziarnistego; jeżeli

słońce prześwieca przez chmurę, to jego zarys jest wyraźny.

Pionowe

Cumulus - oddzielne, na ogół gęste chmury, o ostrych zarysach, rozwijające się w

kierunku pionowym w kształcie pagórków, kopuł lub wież, których zwieńczenie

przypomina kalafior; w górnej części przeważnie lśniąco białe, w dolnej - ciemne o

mocno zarysowanej podstawie.

Cumulonimbus - potężna, gęsta chmura o dużej pionowej rozciągłości w kształcie góry

lub wieży, o wierzchołku często spłaszczonym, gładkim i zazwyczaj prążkowanym lub

włóknistym (przypomina kowadło lub pióropusz), zaś poniżej ciemnej podstawy

niejednokrotnie występują niskie, postrzępione chmury i opady, niekiedy w postaci virga.

Cirrostratus, Cirrocumulus.

W zależności od kształtu chmur i różnic w ich wewnętrznej strukturze podzielono

większość rodzajów na

gatunki:

–

fibratus fib - włóknisty (Ci, Cs)

–

uncinus unc - zakrzywiony, haczykowaty (Ci)

–

spissatus spi - zagęszczony (Ci)

–

castellanus cas - zamkowy; kształt wieżyczek (Ci, Cc, Ac, Sc)

–

floccus flo - kosmyki, kłaczki (Ci, Cc, Ac)

–

stratiformis str - płat, warstwa (Ac, Sc, Cc)

–

nebulosus neb - mglisty, mętny (Cs, St)

–

lenticularis len - soczewkowaty (Cc, Ac, Sc)

–

fractus fra - postrzępione, rozbite (St, Cu)

–

humilis hum - niski, płaski, mały (Cu)

–

mediocris med - średni, umiarkowany (Cu)

–

congestus con - rozrastające się, rozbudowane (Cu)

Chmury. Strefy zachmurzenia na Ziemi

Agnieszka Krzyżewska, Mateusz Dobek. Zakład Meteorologii i Klimatologii UMCS

6

–

calvus cal - „łysy”, o zaokrąglonym wierzchołku (Cb)

–

capillatus cap - zwichrzony, pierzasty (Cb)

Odmiany chmur:

Odmiany wydzielane ze względu na sposób uporządkowania elementów chmury:

–

intortus in - nieregularne, chaotyczne (Ci)

–

vertebratus ve - w kształcie kręgosłupa (Ci)

–

undulatus un - pofalowane (Cc, Cs, Ac, As, Sc, St)

–

radiatus ra - ułożone promieniście (Ci, Ac, Sc, Cu)

–

lacunosus lu - podziurawione, pełne luk (Cc, Ac, Sc)

–

duplicatus du - powielone, podwójne (Ci, Cs, Ac, As, Sc)

Odmiany wydzielane ze względu na przepuszczalność światła słonecznego:

–

translucidus tr - przezroczysty, przeświecający (Ac, As, Sc, St)

–

perlucisus pe - przezroczysty, z przerwami (Ac, Sc)

–

opacus op - nieprzezroczysty, cienisty (Ac, As, Sc, St)

Uwaga:

odmiany translucidus i opacus wzajemnie się wykluczają,

odmiana perlucidus może być obserwowana z odmianą translucidus i opacus,

chmury nimbostratus i cumulonimbus nie posiadają odmian,

chmury nimbostratus i altostratus nie mają gatunków.

Chmury towarzyszące:

•

pileus - chmura w kształcie czapki lub czepka (Cu, Cb)

•

velum - zasłona nad wierzchołkami chmur (Cu, Cb)

•

pannus - strzępy chmur znajdujące się pod inną chmurą (As, Ns, Cu, Cb)

Chmury. Strefy zachmurzenia na Ziemi

Agnieszka Krzyżewska, Mateusz Dobek. Zakład Meteorologii i Klimatologii UMCS

7

Zjawiska szczególne:

•

incus - chmura Cb w kształcie kowadła

•

mamma - wypukłości zwisające z dolnej części chmury (Cc, Ac, As, Sc, Cb)

•

virga - smugi opadu, które nie dosięgają ziemi (Ac, As, Ns, Sc, Cu, Cb)

•

praecipitatio - chmura z opadem dochodzącym do ziemi (As, Ns, Sc, St, Cu, Cb)

•

arcus - wał w kształcie łuku (Cb, Cu)

•

tuba - lej wystający z podstawy chmury(Cb)

Fotometeory

o Zjawisko

halo – grupa zjawisk optycznych powstających wokół Słońca lub Księżyca w

postaci jedno- lub (rzadziej) wielobarwnych pierścieni, łuków, smug, plam (np. tzw.

„słońca pozorne”) lub słupów świetlnych, powstających w wyniku załamania światła w

kryształkach lodu unoszących się w powietrzu (np. chmury Cs).

o

Wieniec wokół Słońca lub Księżyca – jedna lub kilka serii barwnych pierścieni o małym

promieniu otaczających Słońce lub Księżyc. Najbardziej wewnętrzny pierścień (zwany

aureolą) ma barwy od fioletowej do czerwono-brązowej. Powstają one w wyniku

dyfrakcji światła na kropelkach wody znajdujących się w chmurach średnich (As, Ac).

o

Iryzacja - perłowe lub błyszczące pastelowe barwy na chmurach w postaci smug lub

plam. Często pojawiają się barwy różowe i zielone na chmurach Cc i Ac. Iryzacja

powstaje na chmurze w pobliżu słońca w wyniku interferencji na blaszkach lodowych w

przybliżeniu o jednakowej średnicy.

o

Tęcza – układ koncentrycznych łuków o barwach od fioletowej do czerwonej

wywołanych przez światło padające na kropelki wody w atmosferze. W tęczy głównej

barwa fioletowa występuje po wewnętrznej stronie, a w tęczy wtórnej – odwrotnie.

Zjawisko to powstaje w wyniku załamania i rozłożenia światła białego na barwy widma w

wyniku ich przechodzenia przez kropelki wody (np. lokalny deszcz, fontanna).

o

Miraż – stałe lub ruchome, proste lub odwrócone, powiększone lub zmniejszone obrazy

odległych przedmiotów, których odchylenie od kierunku rzeczywistego może wynosić

nawet do 10 . Miraże powstają w wyniku zakrzywienia promieni słonecznych nad

Chmury. Strefy zachmurzenia na Ziemi

Agnieszka Krzyżewska, Mateusz Dobek. Zakład Meteorologii i Klimatologii UMCS

8

rozległą płaską powierzchnią o dużych gradientach pionowych gęstości (temperatury)

powietrza. Najczęściej powstają nad piaskami i taflami wodnymi.

o

Zorza polarna – błyszczące kolorowe łuki i fale światła o różnej jasności i natężeniu,

występujące w okolicach podbiegunowych. Powstają one w wyniku zderzeń cząstek

wysyłanych przez Słońce z ziemskim polem magnetycznym w jonosferze.

Elektrometeory

o

Burza – wyładowanie elektryczności atmosfery przejawiające się krótkim i silnym

błyskiem (błyskawica) oraz trzaskiem i dudnieniem (grzmot). Burze powstają, gdy

atmosfera jest w stanie równowagi chwiejnej, czyli gdy ciepłe i wilgotne powietrze jest

unoszone w górę, co prowadzi do powstania silnie rozbudowanej w pionie chmury Cb. W

wyniku tarcia kryształków lodu i kropelek wody tworzy się w chmurze pole elektryczne,

którego napięcie jest rozładowywane podczas błyskawicy.

o

Błyskawica – czasem na niebie widoczne są jedynie dalekie błyskawice, zaś grzmot jest

niesłyszalny. Podczas burz można zaobserwować cztery rodzaje błyskawic:

- błyskawica między chmurą a otaczającym ją powietrzem,

- błyskawica w obrębie jednej chmury,

- błyskawica między chmurami,

- błyskawica między chmurą a powierzchnią ziemi.

Obliczanie odległości od wyładowań atmosferycznych. Jeśli burza jest blisko – grzmoty są

bardziej trzaskające, natomiast jeżeli dalej – grzmoty słychać jako dudnienie. Światło

rozchodzi się z prędkością 299 792 km/s, więc błyskawice są widoczne w momencie

uderzenia, natomiast dźwięk przebywa odległość 1 km w ciągu 3 sekund. Aby obliczyć

odległość od wyładowania atmosferycznego, należy zmierzyć czas od pojawienia się

błyskawicy do usłyszenia grzmotu, następnie zaś liczbę sekund podzielić przez trzy, dzięki

czemu otrzymamy odległość w kilometrach.

Chmury. Strefy zachmurzenia na Ziemi

Agnieszka Krzyżewska, Mateusz Dobek. Zakład Meteorologii i Klimatologii UMCS

9

R

odzi

na

Rodzaj

Gatunek

Odmiana

Zjawiska szczególne

i chmury towarzy-

szące

Wys

ok

ie

Cirrus Ci

pierzaste

fibratus (fib)

uncinus (unc)
spissatus (śpi)

castellanus (cas)

floccus (flo)

intortus (in)

radiatus (ra)

vertebratus (ve)

duplicatus (du)

mamma

Cirrocumulus Cc

Kłębiasto -

pierzastek

stratiformis (str)
lenticularis (len)

castellanus (cas)

floccus (flo)

undulatus (un)

lacunosus (la)

virga mamma

Cirrostratus Cs

warstwowo-

pierzaste

fibratus (fib)

nebulosus (neb)

duplicatus (du)

undulatus (un)

Śre

dn

ie

Altocumulus

AC

średnie kłębiaste

stratiformis (str)
lenticularis (len)

castellanus (cas)

floccus (flo)

translucidus (tr)

opacus (op)

duplicatus (du)

undulatus (un)

radiatus (ra)

lacunosus (la)

virga mamma

Altostratus As

średnie warstwowe

translucidus (tr)

perlucidus (pe)

opacus (op)

duplicatus (du)
undulatus (un)

radiatus (ra)

virga praecipitatio

pannus mamma

N

iski

e

Nimbostratus Ns

warstwowe deszczowe

praecipitatio virga

pannus

Stratocumulus Sc

kłębiasto-

warstwowe

stratiformis (str)
lenticularis (len)

castellanus (cas)

translucidus (tr)

opacus (op)

duplicatus (du)

undulatus (un)

radiatus (ra)

lacunosus (la)

mamma virga

praecipitatio

Stratus St

niskie warstwowe

nebulosus (neb)

fractus (fra)

opacus (op)

translucidus (tr)

undulatus (un)

praecipitatio

Pionowe

Cumulus Cu

kłębiaste

humilis (hum)

mediocris (med)

congestus (con)

fractus (fra)

radiatus (ra)

pileus, velum, virga,

praecipitatio, arcus,

pannus, tuba

Cumulonimbus Cb

kłębiaste deszczowe

cahus (cal)

capillatus (cap)

pileus, velum, virga,

praecipitatio, arcus,

pannus, tuba, incus,

mamma

Chmury. Strefy zachmurzenia na Ziemi

Agnieszka Krzyżewska, Mateusz Dobek. Zakład Meteorologii i Klimatologii UMCS

10

Rycina 1. Przekrój przez chmurę Cumulonimbus (źródło: http//:www.gazeta.pl)

Chmury. Strefy zachmurzenia na Ziemi

Agnieszka Krzyżewska, Mateusz Dobek. Zakład Meteorologii i Klimatologii UMCS

11

Rycina 2. Strefy występowania poszczególnych rodzajów chmur (http//: wikipedia.pl)

Strefowość i astrefowość rozkładu zachmurzenia

Czynniki decydujące o zachmurzeniu:

Cyrkulacja atmosferyczna,

Odległość od źródeł wilgoci,

Wykształcenie się inwersji termicznej w atmosferze lub istnienie prądów wstępujących,

Parowanie i termika, zawartość pary wodnej w powietrzu,

Prądy morskie

Rozkład zachmurzenia na Ziemi:

Ze względu na strefowość cyrkulacji, zachmurzenie również ma charakter strefowy.

Największe zachmurzenie notuje się w obszarach, które są pod działaniem ośrodków

cyklonalnych, zaś najmniejsze - w centrum ośrodków antycyklonalnych.



Strefa międzyzwrotnikowa. Silnemu rozwojowi chmur Cb sprzyjają równikowe

bruzdy niskiego ciśnienia oraz międzyzwrotnikowa strefa konwergencji (wysoka

temperatura, duża wilgotność, duża chwiejność atmosfery).

Chmury. Strefy zachmurzenia na Ziemi

Agnieszka Krzyżewska, Mateusz Dobek. Zakład Meteorologii i Klimatologii UMCS

12



Strefa zwrotnikowa. Wyjątkowo niesprzyjające warunki do rozwoju zachmurzenia

kłębiastego występują w zwrotnikowych obszarach kontynentalnych, gdzie istnienie

prądów zstępujących oraz pasatowej inwersji termicznej (a także niewielka wilgotność

względna) znacznie hamuje rozwój zachmurzenia



Strefa podzwrotnikowa. W typie klimatów śródziemnomorskich maksimum

opadów i zachmurzenia przypada na zimę, gdyż strefa ta znajduje się pod wpływem

ośrodków cyklonalnych, natomiast w lecie, gdy silnie zaznacza się wpływ wyżów

zwrotnikowych, zachmurzenie jest niewielkie



Strefa umiarkowana. W tej strefie zachmurzenie silnie wzrasta i jest to drugi

obszar, po bruździe równikowej, o dużych opadach. W zależności od odmiany klimatu

(kontynentalny, oceaniczny) zachmurzenie w poszczególnych rejonach różni się porą

występowania maksimum i typem chmur.



Strefa okołobiegunowa. Opady i zachmurzenie maleją, gdyż jest to wynik

mniejszego parowania i niższych temperatur, jednak jest to uzależnione od rodzaju

napływających mas powietrznych i ośrodków barycznych.

Zachmurzenie w ośrodkach barycznych:

-

Cyklony - charakteryzują się dużym zachmurzeniem (front chłodny – kłębiaste, ciepły -

warstwowe),

-

Antycyklony - niewielkie zachmurzenie lub jego brak w centrum wyżu, co się wiąże z

prądami zstępującymi i inwersją (w zimie wyże w szerokościach umiarkowanych mogą

mieć zachmurzenie warstwowe).

Czynniki sprzyjające rozwojowi chmur warstwowych:

 Pora nocna, chłodne półrocze (warunki w tym czasie nad lądem niesprzyjające

powstawaniu prądów pionowych),

 Wysokie szerokości geograficzne (duża wilgotność względna, skąpy dopływ energii

słonecznej, co nie sprzyja konwekcji),

 Obszary morskie zimnych prądów oceanicznych oraz obszary lądowe pokryte lodem

lub śniegiem (podczas adwekcji ciepłego powietrza kształtuje się równowaga stała).

Chmury. Strefy zachmurzenia na Ziemi

Agnieszka Krzyżewska, Mateusz Dobek. Zakład Meteorologii i Klimatologii UMCS

13

Czynniki sprzyjające rozwojowi chmur kłębiastych:

 Dzień, ciepłe półrocze (konwekcja, ok. południa w klimatach gorących, po południu – w

umiarkowanych),

 Ciepłe prądy morskie oraz ciepłe wody oceanu (w dzień),

 W lecie w klimatach umiarkowanych i w czasie pór deszczowych w klimatach

okołorównikowych.

Sposoby określania zachmurzenia nieba:

Zachmurzenie ogólne nieba: określa się jaka część nieba zasłonięta jest przez chmury w

momencie obserwacji

Zachmurzenie składowe: wielkość zachmurzenia na różnych wysokościach (określone

piętra chmur)

Wielkość zachmurzenia od 1 stycznia 1989 roku określana jest w oktanach, czyli w ósmych

częściach sklepienia niebieskiego, gdzie 0 to niebo bezchmurne, zaś 8 – to zachmurzenie

całkowite. Wcześniej zachmurzenie określano w dziesiątych częściach nieba, tzn. w skali od 0

do 10.

Tabela 1. Skale służące do określania stopnia zachmurzenia nieba

0-8

0-10

0 – niebo całkowicie bezchmurne
1 - 1/8 lub mniej, ale nie 0/8
2 – 2/8
3 – 3/8
4 – 4/8 = ½
5 – 5/8
6 – 6/8
7 – 7/8
8 – niebo całkowicie zachmurzone

0 – niebo całkowicie bezchmurne
1 – 1/10 lub mniej, ale nie 0/10
2 – 3 – 2/10-3/10
4 – 4/10
5 – 5/10 = ½
6 – 6/10
7 – 8 – 7/10-8/10
9 – 9/10 lub więcej, ale nie 10/10
10 – niebo całkowicie zachmurzone

Dodatkowo określa się rodzaje, gatunki i odmiany chmur.

Bardzo często obserwacje uzupełniane są przez fotografie nieba i zdjęcia satelitarne oraz

radary meteorologiczne.

Charakterystyki klimatologiczne zachmurzenia

Średnie zachmurzenie dobowe – wyliczane jako średnia z trzech wielkości terminowych.

Chmury. Strefy zachmurzenia na Ziemi

Agnieszka Krzyżewska, Mateusz Dobek. Zakład Meteorologii i Klimatologii UMCS

14

3

20

/

19

14

/

13

08

/

07

N

N

N

N

Średnie zachmurzenie miesięczne, sezonowe i roczne oblicza się na podstawie średniego

zachmurzenia dobowego. Oprócz tego oblicza się średnią wieloletnią poszczególnych

terminów obserwacyjnych

Liczba dni pogodnych i pochmurnych, lub przy bardziej szczegółowych opracowaniach –

liczba dni z poszczególnymi przedziałami zachmurzenia.

Częstość występowania poszczególnych rodzajów chmur lub grup chmur (np. wysokie,

kłębiaste, itp.).