Vanduo atmosferoje

Vanduo atmosferojeVandens apytakos rato dalys ir procesai. Pateiktas metinisvandens kiekis, dalyvaujantis apytakos procese

GaravimasGaravimas – vandens perėjimas iš skysto į dujinį būvį. Vandens garai patenka įatmosferą dėl garavimo nuo vandens ir dirvos paviršiaus, o taip pat dėl transpiracijos.Transpiracija - fiziologinis procesas susijęs su vandens garinimu iš augalų.Ore vandens molekulės sklinda:molekulinės difuzijos būduturbulencinės difuzijos būduGaravimo greitis yra išreiškiamasvandens sluoksniu (mm) išgaravusiuper laiko vienetą nuo nagrinėjamopaviršiaus.

Garavimo nuo paklotinio paviršiaus greitįbei išgaravusio skysčio kiekį reguliuojapenki svarbiausi veiksniai:Galinčio išgaruoti vandens kiekis.Energijos kiekis, kurį gauna garuojantispaviršius. Vienam vandens gramui išgarintireikia 2200–2500 J energijos.Oro drėgnumas. Kuo oras sausesnis, tuointensyvesnis garavimo procesas.Garavimas nutrūksta tada, kai oras virš jotampa prisotintas.Vėjo greitis virš garuojančio paviršiaus.Turbulencijos metu vandens garainunešami nuo paviršiaus, o virš joatsiranda sausesnis oras. Dėl to garavimoprocesas nesilpnėja.Atmosferos slėgis. Atmosferos slėgiuimaţėjant, garavimo greitis auga (jei kitossąlygos nesikeičia).Garavimas daugiausia priklauso nuosočiųjų vandens garų slėgio (E) ir esamovandens garų slėgio ore (e) skirtumo(Daltono dėsnis).V= kE - epk – proporcingumo koeficientas iš daliespriklausantis ir nuo vėjo greičio

KondensacijaKondensacija – vandens perėjimas iš dujinio į skystą būvį.Vandens garų slėgio (e) ir sočiųjų vandens garų slėgio (E) ties vandenspaviršiumi palyginimas fazinių virsmų metuKondensacija prasideda kai oras tampa prisotintas, o tai yra susiję su temperatūrospažemėjimu arba daug rečiau su vandens garų kiekio padidėjimu.

Oro temperatūra oro masėje iki rasos taško gali nukristi dėl šiųpagrindinių priežasčių:veikliojo paviršiaus ir prieţeminio orosluoksnio atvėsimo dėl efektyviojospinduliavimo;šilto oro kontakto su šaltu veikliuojupaviršiumi;prisotintų arba artimų prisotinimui dviejųoro masių, kurių temperatūros skirtingos,maišymosi;adiabatinio oro kilimo.

Kondensacijos branduoliaiKondensacijos branduoliai – tai higroskopiškumu pasiţyminčios smulkiausios tirpiųarba netirpių medţiagų dalelės, aplink kurias formuojasi vandens lašai.Pagrindiniai kondensacijos branduolių šaltiniai: dulkės, miškų gaisrų produktai,vulkanų išmetimai, jūros druskos, sulfatinės fitoplanktono dalelės, gamyklų dūmaiPagal dydį kondensacijos branduoliaiskirstomi:1. Aitkeno branduoliai (r

Oro drėgnumokaita per parą irper metusDalinio vandens garų slėgio (A) ir santykinio oro drėgnumo (B) vidutinis kitimas per parą Vilniuje: 1– sausio, 2 – balandţio, 3 – liepos, 4 – spalio mėnesiais.

Kondensacijos metu į aplinką išsiskiria šiluma (fazinių virsmų šiluma): kuointensyvesnis kondensacijos procesas, tuo didesnis šilumos kiekis išsiskiria.Kai temperatūra 0 °C, vykstant kondensacijai, išsiskiria 2,50×10 6 J/kg, kristalizacijai– 3,34×10 6 J/kg, sublimacijai – 2,83×10 6 J/kg šilumos.Toks pat šilumos kiekis yra sunaudojamas vykstant priešingiems procesams(garavimui nuo skysto ir kieto paviršiaus bei tirpimui).Vandens fazinės būklės priklausomybės nuo temperatūros (T) ir slėgio (p) schema

Kondensacija prie žemės paviršiausKondensacijos produktai susiformavę priţeminiame atmosferos sluoksnyje arbaant paklotinio paviršiaus vadinami prieţeminiais hidrometeorais.

Rasa. ŠarmaRasa – smulkūs kondensacijos antţemės paviršiaus produktai, daţniausiaisusiformuojantys vakare ar naktį šiltuojumetų laiku.Šarma – tai įvairios formos, kelių milimetrųdydţio ledo kristalai, susidarantys anthorizontalių paviršių tokiomis pat sąlygomiskaip ir rasa, tik esant neigiamai veikliojopaviršiaus temperatūraiRasos (šarmos) susiformavimoprieţastis – dirvos paviršiaus ir augalųradiacinis atvėsimas iki rasos (šarmos)taško ir ţemiau.Būtinos sąlygos:Giedras dangusLabai silpnas vėjas

ŠerkšnasKristalinis šerkšnas –sudarytas iš plonų siūliškosformos ledo kristalėlių.Formavimosi sąlygos:Temperatūra -11 – -25°CSilpnas vėjasVandens garų sublimacijaGrūdėtasis šerkšnas –sniego pavidalo purus ledasŠerkšnas – balti purūs kristalaisusidarantys ant medţio šakų,laidų ir kitų plonų daiktų. Jisformuojasi didelių šalčių metuesant rūkui.Formavimosi sąlygos:Temperatūra -2 – -7°CSilpnas vėjasRūko lašelių prišalimas

LijundraLijundra – tai tankus ledas susiformavęs ant ţemės paviršiaus ar įvairių daiktų dėlperšaldyto lietaus, dulksnos ar stambių tankaus rūko lašelių prišalimo.Lijundra daţniausiai formuojasi kai oro temperatūra 0 – -7 °C (retais atvejai gali formuotiir prie -15 °C oro temperatūros).SKAIDRIOJIMATINĖ

PlikledisPlikledis – tai ledo sluoksnis ant ţemės paviršiaus susidaręs po atodrėkio arlietaus dėl tolesnio oro atvėsimo bei šlapio sniego, lietaus arba dulksnosprišalimo prie stipriai atšalusio paviršiaus.

RūkasRūkas – kondensacijos produktų (lašų, kristalų) sankaupa prie ţemės paviršiaus ir sutuo susijęs stiprus oro drumstumas, kai matomumas maţesnis nei 1 km. Jeimatomumas nuo 1 iki 10 km, tai reiškinys vadinamas rūkana.Pagal matomumo nuotolį (MN), rūkas irrūkana gali būti skirstomi į keliaspapildomas kategorijas:2 km < MN < 10 km – silpna rūkana;1 km < MN < 2 km – stipri rūkana;500 m < MN < 1000 m – silpnas rūkas;50 m < MN < 500 m – stiprus rūkas;MN < 50 m – labai stiprus rūkas.Rūkai susiformuoja dėl dviejų pagrindiniųprieţasčių:oro temperatūros paţemėjimovandens garų kiekio ore padidėjimo

Kadangi pagrindinė rūkų formavimosi prieţastis yra oro atvėsimas, lemiamąreikšmę rūkų paros eigai turi oro temperatūra: labai aiškiai išryškėjamaksimumas ankstyvą rytą ir minimumas – popiečio valandomis.Vasaros rytais rūkas išsisklaido labai greitai, o ţiemą rūkas sklaidosi daug lėčiau.Lietuvoje rūkas daţniausiai susidaro lapkričio-kovo mėnesiais (pajūryje – kovo-geguţėsmėnesiais), o rečiausiai – geguţės-liepos mėnesiais (pajūryje – rugpjūtį).

Vėsimo rūkai skirstomi į:spindulinio vėsimo,advekciniusšlaitųVėsimo rūkasSpindulinio vėsimo rūkams formuotis palankios sąlygos:didelė santykinė oro drėgmė prieš rūko formavimosi pradţiągiedras dangussilpnas vėjas prieţeminiame oro sluoksnyjeSpindulinio vėsimo rūkai būnadviejų tipų:paţemio (formuojasi giedromis,maţai vėjuotomis naktimis)aukštieji (formuojasi šaltuojumetų laiku stacionariuoseanticiklonuose)

Advekciniai rūkai formuojasi šiltoje oro masėje judančioje ant šaltesnioveikliojo paviršiaus.Advekciniam rūkui formuotis reikalinga:1) didelė ateinančios oro masės santykinė drėgmė;2) didelis oro masės ir veikliojo paviršiaus temperatūros skirtumas. Šiuo atvejuoro masė greičiau ir stipriau vėsta;3) silpnas vėjas prieţeminiame oro sluoksnyje;4) specifinės oro drėgmės didėjimas (arba nesikeitimas) didėjant aukščiui.Būtina, kad turbulencinės apykaitos metu iš viršutinių atmosferos sluoksniųatnešamas oras būtų artimas prisotinimui;5) oro temperatūros didėjimas inversiniame sluoksnyje neturi būti itin staigus,nes tuo atveju labai susilpnėja turbulencinė apykaita.Vasarą advekciniai rūkai dažnesni virš jūros, o žiemą virš sausumos.Šlaitų rūkas formuojasi dėladiabatinio oro atvėsimo ir vandens garųkondensacijos, oro masei kalvotosevietovėse kylant į viršų palei šlaitą. Tam,kad formuotųsi rūkas, atmosfera turi būtipastoviai stratifikuota, nes priešinguatveju vystosi ne rūkas, o kamuoliniaidebesys.

Garavimo rūkasGaravimo rūkai susidaro jei garuojančio veikliojo paviršiaus temperatūra yra ţymiaiaukštesnė nei oro. Tada garavimas nenutrūks ir orui tapus prisotintam, susidarysvandens garų perteklius ore, kuris kondensuosis.Palankios sąlygos garavimo rūkams formuotis susidaro šalto oro advekcijos virššilto paklotinio paviršiaus atvejuTemperatūrų skirtumas, būtinas rūkui susiformuoti, priklauso nuo atslenkančios oromasės prisotinimo laipsnio bei jos judėjimo greičio. Didėjant oro masėssantykinei drėgmei bei maţėjant jos judėjimo greičiui (maţėja vertikalus maišymosisluoksnio storis), sumaţėja ir minimalus būtinas temperatūrų tarp garuojančiopaviršiaus ir atslenkančios oro masės skirtumas.

Rudenį arba vasaros naktimis, garavimo rūkai būdingi ir teritorijoms virš nedideliųvandens telkiniųGaravimo rūkas gali susiformuoti ir vakare po lietaus, esant intensyviamgaravimui nuo dirvos, o orui greitai vėstant.Garavimo rūko tipui priskirtinas ir frontinis rūkas, susidarantis priešpraeinant šiltam frontui. Vyksta iškritusių šilto fronto kritulių garavimas, dėl kuriolabai išauga drėgmės kiekis šaltoje oro masėje.

Maišymosi rūkasDar vienas rūkų susidarymo mechanizmas yra dviejų oro masių su skirtingomistermohigrometrinėmis savybėmis maišymasis.Maišymosi būdu rūkas galisusidaryti tik esant gandideliam besimaišančių oromasių temperatūrų skirtumuibei dideliam santykiniamdrėgnumui.Maišymosi rūko formavimasį aiškinanti schema

Rūko sudėtis ir vandeningumasRūkas sudarytas:t>0 °C , iš vandens lašelių0>t>-10 °C , iš peršaldytų vandens lašeliųt

DebesysKondensacijos produktų (lašelių ir kristalų) sankaupos vadinamos debesimis.Principinio skirtumo tarp debesų ir rūko nėra.Debesys formuojasi vykstant vandens garų kondensacijai ir sublimacijaiatmosferoje, dėl padidėjusio vandens garų kiekio arba sumaţėjusios orotemperatūrosLaisvojoje atmosferoje pagrindinisprocesas lemiantis oro temperatūrosţemėjimą ir debesų formavimąsi yraadiabatinis oro kilimas.Oro temperatūros ţemėjimas taip patvyksta ir dėl spindulinio oro vėsimo beidėl turbulencinio maišymosi (pastarojoproceso metu gali augti ir vandensgarų kiekis).

Vieni debesys egzistuoja labai trumpą laiką (kai kurie kamuoliniai debesys išsilaiko vos10-15 minučių), kiti nors ir išlieka ilgiau, bet yra dinaminėje būsenoje, t.y. vieni debesųelementai išgaruoja, kiti kondensuojasi.Debesys išnyksta, kai vandens garų slėgis debesyje nutolsta nuo prisotinimo būsenos irvandens lašeliai išgaruoja. Tai atsitinka augant oro temperatūrai arba maţėjant vandenskiekiui ore.Oro temperatūra debesies viduje gali padidėti adiabatinių procesų (orui maseileidţiantis) ar radiacinių procesų (debesį sušildo trumpabangė arba ilgabangė radiacija)metu.Vandens kiekis debesyje sumaţėjaiškritus krituliamsTurbulencinio maišymosi metu įdebesį iš aplinkos gali patektinauja sausesnio oro porcija ir jismaišosi debesies viduje,maţindamas vidutinį santykinįdrėgnumą oro tūryje.

Debesų formavimasisDebesų formavimasisIšskiriami šie pagrindiniai procesai, kurių metu drėgnas oras kyla į viršų:1) terminė atmosferos konvekcija;2) orografinis kilimas;3) frontinis kilimas;4) konvergencija bei divergencija atmosferoje;5) dinaminė turbulencija;6) banginiai procesai.

Terminė atmosferos konvekcija. Vykstant terminei atmosferoskonvekcijai, kildami atskiri oro tūriai susilieja į vieną ir susidaro galingasaukštyneigis oro srautas. Tuo tarpu pagrindinio srauto periferijoje formuojasidaugybė smulkesnių kompensuojančių ţemyneigių judesių. Kildamas orasadiabatiškai vėsta ir gali susiformuoti debesys. Apatinė debesų riba sutampa sukondensacijos lygiu, o viršutinė – su konvekcijos lygiu. Konvekcijos lygis galibūti ir kiek aukščiau nei riba, ties kuria kylančio oro temperatūra išsilygina suaplinkos temperatūra, nes greitai judantis oras gali iš inercijos pakiltiaukščiau. Sluoksniai su temperatūros inversija arba su maţais teigiamaistemperatūros gradientais stabdo konvekcijos vystymąsi. Kai debesų viršūnėpasiekia tokius sluoksnius, debesodaros procesas sustoja.Frontinis kilimas. Adiabatinis oro kilimas vyksta palei fronto paviršius.Daţniausiai tokio pobūdţio vertikalūs judesiai yra labai lėti – keli centimetrai persekundę. Tai būdinga lėtai judantiems atmosferos frontams su lėkštais frontopaviršiais. Greitai judančių šaltų atmosferos frontų priekinė dalis dėl trinties įpaklotinį paviršių yra ganėtinai stati, todėl šiltas oras staigiai išstumiamas į viršų(vyksta dinaminė konvekcija). Abiem atvejais formuojasi specifinės sudėtingosdebesų sistemos, sudarytos iš kelių debesų sluoksnių.

Konvergencija bei divergencija atmosferoje. Oras pradeda kilti, jeiapatinėje troposferoje oro srautai artėja vieni prie kitų (pvz., ciklono centre).Vertikalius oro judesius gali sukelti ir oro srautų divergencija viršutinėjetroposferoje. Susidariusį oro nepriteklių stengiasi kompensuoti iš apačioskylantis oras. Konvergencinis kilimas nėra toks intensyvus kaip konvekcinis,todėl jo metu formuojasi maţiau vertikalia kryptimi išsivystę debesys. Orosrautų konvergencija būdinga ir atmosferos frontams.Dinaminė turbulencija. Dėl trinties poveikio formuojasi turbulenciniaijudesiai prie paviršiaus. Prieţeminis oras kyla į viršų ir adiabatiškai vėsta, o išviršutinės turbulencinio sluoksnio dalies oras šildamas leidţiasi ţemyn. Tokiašilumos apykaita vyksta tol, kol vertikalus temperatūros gradientas trintiessluoksnyje tampa artimas adiabatiniam. Pastoviai stratifikuotoje oro masėjeties viršutine trinties sluoksnio riba formuojasi pakilioji inversija, stabdantivertikalų oro maišymąsi. Ji gali susijungti su aukšto slėgio laukui būdingaţemyneigių srautų inversija. Jeigu trinties sluoksnyje kylančio oro temperatūranukrinta ţemiau rasos taško, formuojasi debesys, kurių pagrindas atitinkakondensacijos lygį, o viršūnė – apatinę inversijos sluoksnio ribą. Jei virštrinties sluoksnio stratifikacija yra nepastovi, gali pradėti formuotis konvekciniaidebesys.

Orografinis kilimas. Oro srautui pasiekus kalnų ar kalvų grandinę, jispradeda šlaitu kilti į viršų. Aukštyneigis judesio momentas perduodamas ir įaukštesnius (esančius virš orografinės kliūties) oro sluoksnius. Kildamas orasadiabatiškai vėsta. Priklausomai nuo kondensacijos lygio aukščio, debesysformuojasi ţemiau kalno keteros, ties ja ar aukščiau. Kadangi Saulėsspinduliuotė įkaitina kalnų šlaitus ir oras prie jų būna šiltesnis nei tamepačiame lygyje virš slėnio, formuojasi terminė konvekcija, sustiprinantiorografinį oro kilimą. Orografiniai debesys visada dinaminėje būsenoje, norsdaţniausiai išlieka toje pačioje vietoje: priešvėjinėje keteros pusėje vyksta orokilimas ir kondensacija, uţuovėjinėje – adiabatinis leidimasis ir garavimas.Banginiai procesai. Horizontalia kryptimi judantis oras gali pradėti kilti įviršų arba leistis ţemyn dėl banginių procesų atmosferoje. Daţniausiai bangosatmosferoje formuojasi oro srautams sutikus stambias kliūtis (pvz., kalnųgrandinę) ar dėl staigių vėjo greičio ir krypties bei oro tankio pokyčiųvertikalėje. Oro tankio ir vėjo rodiklių pokyčiai itin būdingi inversiniamssluoksniams, ties kurių ribomis daţnai formuojasi bangos.Bangos keteros link kylančio bei adiabatiškai vėstančio oro temperatūragali nukristi ţemiau rasos taško. Šiuo atveju formuojasi banguotą struktūrąturintys debesys.

IX. Kamuoliniai - Cumulus (Cu);X. Lietaus kamuoliniai - Cumulonimbus (Cb).Debesų klasifikacijosDešimt pagrindinių formų pagal išorinį vaizdą:I. Plunksniniai - Cirrus (Ci);II. Plunksniniai kamuoliniai - Cirrocumulus (Cc);III. Plunksniniai sluoksniniai - Cirrostratus (Cs);IV. Aukštieji kamuoliniai - Altocumulus (Ac);V. Aukštieji sluoksniniai - Altostratus (As);VI. Sluoksniniai lietaus - Nimbostratus (Ns);VII. Sluoksniniai kamuoliniai - Stratocumulus (Sc);VIII. Sluoksniniai - Stratus (St);

Pagrindinės debesų formos

Pagal genetines formavimosi sąlygas:Kamuoliniai debesys (cumuliformis – cuf) –stipriai vertikalia ir ganėtinai maţai horizontaliakryptimi išsivystę debesys, susidarantysintensyvių vertikalių oro judesių nepastoviaistratifikuotoje oro masėje metu (Cu, Cb);Banguotieji debesys (undulatus – und) – stipriaihorizontalia ir silpnai vertikalia kryptimi išsivystędebesys, susidarantys banginių procesųatmosferoje metu (Cc, Ac, Sc, St);Sluoksniniai debesys (stratiformis – st) – lėtųaukštyneigių stambių oro masių judesių(daţniausiai pagal frontinį paviršių) metususidarantis debesų sluoksnis, kurio horizontalusdydis šimtus kartų didesnis uţ vertikalų, (Ci, Cs,As, Ns).

Remiantis debesodaros procesų, vykstančių oro masės viduje bei frontiniuosepaviršiuose, ypatumais debesys gali būti skirstomi į dvi pagrindines grupes:Frontiniai debesys:šilto fronto debesys;šalto fronto debesys;okliuzijos fronto debesys.Vidujiiniai debesys:nepastoviai stratifikuotosoro masės debesys;pastoviai stratifikuotos oromasės debesys.

VIDUMASINIAI DEBESYSPastoviai stratifikuotų oro masių debesysPastoviai stratifikuotose oro masėse (šiltose, o ţiemą virš sausumos ir vietinėse)svarbus debesodaros procesas – tai gan silpna turbulencinė vandens garų pernašakartu su oru nuo veikliojo paviršiaus į viršų ir su tuo susijęs adiabatinis kylančio orovėsimas.Šiltas oras judantis ant šalto veikliojopaviršiaus vėsta iš apačios, todėlstratifikacija tampa pastovia.Toks vėsimas vyksta ir vietinėje oromasėje ţiemos metu, ypač naktį, todėltokio tipo debesys daţniausi šaltojometų laikotarpio naktimis.Turbulencinį vandens garų kilimą stabdo inversijos sluoksniai, būdingi pastovioms oromasėms. Poinversiniame sluoksnyje vyksta vandens garų kaupimasis bei jų radiacinisatvėsimas ir jei apatinė inversijos riba yra aukščiau kondensacijos lygio formuojasidebesys.Didţioji dalis debesų pastoviai stratifikuotose oro masėse, susidaro ţemo slėgio sritiesdebesų transformacijos poinversiniame sluoksnyje metu.

Visų minėtų procesų metu poinversiniame sluoksnyje formuojasi sluoksniniai arbasluoksniniai kamuoliniai debesys. Pagrindinis skirtumas tarp sluoksninių ir sluoksniniųkamuolinių debesų yra bangos ilgis.Kai inversija susiformuoja vidurinėje troposferoje susidaro aukštieji kamuoliniai, oviršutinėje troposferoje plunksniniai kamuoliniai debesys.Visos šios debesų formos taip pat gali būti susijusios ir su atmosferos frontais, tačiau josypač būdingos pastovioms oro masėms.Minėtų procesų metu susiformavę debesys yra labai ištįsę horizontalia kryptimi ir turibanguotą struktūrą, todėl ir yra vadinami banguotaisiais.

Tokią struktūrą apsprendţia tai, kad inversijos sluoksnyje ir į abi puses nuo jo ribossusidaro nevienodos amplitudės bei ilgio (nuo kelių šimtų metrų iki kelių kilometrų)bangos.Inversijos riba skiria ţemiau esantį šaltą bei viršutinį šiltą orą. Jei palei tokį paviršiųšiltas ir šaltas oras (skiriasi jų tankis) juda nevienodu greičiu, susidaro gravitacinėsbangos (jose lemiamą vaidmenį vaidiną traukos jėga), kurios parametrus nulemia vėjogreičio ir oro tankio skirtumai inversiniame ir poinversiniame sluoksniuose.Didėjant vėjo greičio bei mažėjant temperatūrų skirtumui bangos ilgis išauga.Minimalus pastovių gravitacinių bangų, susiformuojančių abipus inversinio sluoksnio,ilgis .t – temperatūros skirtumas (°C), v – vėjo greičio skirtumas (m/s).tv4 8 12 16 204 320 1408 3668 5616 87898 177 709 1595 2829 442612 119 475 1073 1901 297416 90 359 808 1431 224420 73 289 652 1156 1809

Bangos gūbriuose oras pakyla į viršų ir padidėja vandens garų kondensacijos tikimybė, oslėniuose oras nusileidţia (vandens garai adiabatiškai šildami gali tapti neprisotintais).Banguotųjų debesų formavimasis

Vertikalus banguotųjų debesų storis nėra didelis (siekia keliasdešimt ar kelis šimtusmetrų), tačiau apatiniam aukštui priklausantys debesys yra ganėtinai tankūs, kadangidaţniausiai yra sudaryti iš vandens lašelių. Jei apatinio aukšto banguotieji debesys yrasantykinai stori, o jų pagrindas ţemas, iš jų gali iškristi dulksna (iš sluoksninių daţniaunei iš sluoksninių kamuolinių).Banguotieji pastoviai stratifikuotų oro masių debesys palaipsniui nyksta leisdamiesi kartusu ţemyneigiais oro srautais. Anksčiausiai išsisklaido viršutinės debesų dalys. Tuoatveju, jei turbulencinė vandens garų pernaša aukštyn nuo ţemės paviršiaus yraganėtinai intensyvi, tokie debesys gali išsilaikyti ilgesnį laiko tarpą. Tai priklauso ir nuooro temperatūros: kuo temperatūra ţemesnė, tuo ilgiau išlieka banguotieji debesys.Todėl St-Sc debesys gan ilgai išsilaiko ţiemos meto anticiklonuose, tuo tarpu vasarą jiegreitai išnyksta.

Nepastoviai stratifikuotų oro masių debesysNepastoviose (šaltose arba vasarą virš sausumos ir vietinėse) oro masėsedebesodara susijusi su stipria termine konvekcija esant nepastoviai stratifikacijai.Konvekciniai debesys gali formuotis ir frontinėse sistemose, tačiau šiuo atvejupagrindinis debesodarą lemiantis procesas – dinaminė konvekcija.Konvekcinių debesų storis priklauso nuo kondensacijos ir konvekcijos lygių aukščio.Apatinė debesų riba beveik sutampa su kondensacijos lygiu, o viršutinė - su konvekcijoslygiu.Atmosferos turbulencijos ir konvekcijos pradţios schema

Kondensacijos lygį galima nustatyti taip:zk= 122 (t -0)kur z k– kondensacijos lygis, t – oro temperatūra prie ţemės paviršiaus, 0– rasostaškas.Konvekcijos lygis yra šiek tiek aukščiau nei riba ties kuria kylančio orotemperatūra išsilygina su aplinkos temperatūra: į viršų judantis oro tūriai gali išinercijos pakilti aukščiau minėtos ribos (tai priklauso nuo oro tūrių judėjimo greičio).Tarptautinėje debesų klasifikacijoje tokie debesys vadinami kamuoliniais.Kamuolinių ir kamuolinių lietaus debesų formavimasis

Kamuoliniais lietaus debesų formavimasį lemia ledo kristalų susidarymas viršutinėjedebesies dalyje, kitaip tariant – debesų viršūnės apledėjimas. Uţšalimo lygio aukštisdaţniausiai sutampa su -12 °C izoterma.Apledėjimas yra kritulių kritimo iš lietaus kamuolinių debesų prieţastis, tuo tarpu iškamuolinių debesų lietus daţniausiai neiškrinta.Nepastoviai stratifikuotose oro masėse debesys pradeda formuotis apie vidurdienį,pasiekia maksimalią reikšmę popiečio valandomis, vakarop pradeda irti, o naktysdaţniausiai būna giedros.

FRONTINIAI DEBESYSŠilto fronto debesysSu šiltų frontų judėjimu yra susiję tvarkingo stambiamastelinio aukštyneigio judėjimodebesys. Jie sudaro milţiniškas debesų sistemas ištįsusias pagal fronto linijątūkstančius kilometrų ir kurių plotis siekia šimtus kilometrų. Didţiojoje sistemos dalyjesusidaro galingi debesų sluoksniai, todėl šis genetinis debesų tipas vadinamassluoksniniais debesimisNegalima painioti sluoksninių debesų pagal formą ir genetinį tipąKadangi fronto paviršius labai lėkštas,tai šilto oro judėjimas daugiausiavyksta horizontalia kryptimi sunedidele vertikalia sudedamąja, kurisudaro keletą centimetrų arcentimetro dalių per sekundę. Lėtasšilto oro kilimas yra adiabatiško jovėsimo bei garų kondensacijosprieţastis, ko pasekoje formuojasigalinga sluoksninė debesų sistema.Labiausiai vertikalia kryptimi debesysišsivystę prie fronto linijos.

Šilto fronto debesų sistemaArti frontinės linijos formuojasi sluoksniniai lietaus debesys, kurių storis keletaskilometrų, ir iš kurių krenta ištisiniai krituliai.Toliau nuo fronto linijos šalto oro link, debesų pagrindas kyla, o vertikalus storismaţėja: debesys tampa aukštaisiais sluoksniniais (apytiksliai uţ 500 – 600 km).Vasarą krituliai iš aukštųjų sluoksninių debesų daţniausiai nepasiekia ţemėspaviršiaus (išgaruoja), o ţiemą gali iškristi gana gausus sniegas.Dar toliau nuo fronto linijos, fronto paviršius ir tuo pačiu debesų pagrindas pereina įviršutinę troposferą, o debesų sluoksnis virstą maţo tankio, iš ledo kristalų sudarytaisviršutinio aukšto plunksniniais sluoksniniais debesimis, kurie savo ruoţtu priešakinėjedalyje pereina į plunksninius, kurių viršūnė gali siekti tropopauzę. Jie nuo fronto linijosyra nutolę per 800-900 km.

Šalto fronto debesysŠalto fronto atveju, susidaro siauresnė debesų sistema su priekinėje dalyjebesiformuojančiais lietaus kamuoliniais debesimis, iš kurių krenta liūtiniai krituliai.Šalto oro masė skverbiasi po šiltu oru, o pastarasis greitai kyla į viršų palei frontinįpaviršių.Lietaus kamuolinių debesųjuosta susidaranti šaltuoseatmosferos frontuose galipagal fronto liniją nutįstikeletą šimtų kilometrų (tuo jiskiriasi nuo atskirųkamuolinių lietaus debesųsusidarančių vidumasinėskonvekcijos metu).Yra išskiriami du šalto fronto tipai. Šie frontai daugiausia skiriasi stratifikacijosnepastovumo lygiu, lyginamuoju drėgnumu. Be to skiriasi ir atmosferos frontųjudėjimo greitis.

Prieš pat frontinį paviršių, dėl jo statumo bei šilto oro stratifikacijos nepastovumo,formuojasi labai stiprūs aukštyneigiai judesiai ir susidaro kamuoliniai lietaus debesys.Uţ frontinės linijos šie debesys pereina į sluoksninius lietaus (Ns), o vėliau ir įaukštuosius sluoksninius (As) bei plunksninius sluoksninius (Cs) debesis. Kaip iršiltame fronte, daţnai, po frontiniu paviršiumi kritulių zonoje susidaro draskytieji lietaus(Frnb.) debesys.Pirmo tipo šalto fronto debesų sistemaPirmasis tipas pasiţymi ramiu tolygiu šilto oro slydimu pagal frontinį paviršių ikipakankamai didelio aukščio (dar kitaip jis vadinamas anafrontu arba pasyviu frontu).Tokio tipo šaltieji frontai daţniausiai formuojasi cikloninių darinių periferijoje. Susidarantidebesų sistema yra artima šilto fronto debesų sistemai, tik šiuo atveju debesys judapriešinga tvarka.

Antro tipo šalto fronto debesų sistemaAntrojo tipo šaltajam frontui (dar kitaip vadinamam katafrontu arba aktyviu frontu)būdinga tai, kad palei frontinį paviršių šiltas oras pakyla tik iki 2-3 kilometrų aukščio.Tokie frontai būdingi vidinėms ciklonų dalims. Susidaranti debesų sistema yra ganėtinaisiaura (daţnai 40-60 km pločio). Ties fronto linija susidaro galingi kamuoliniai lietausdebesys, daţnai lydimi perkūnijos, škvalo ir krušos.Viršutinė kamuolinių lietaus debesų dalis ištįsta bendro oro srauto kryptimi ir ganadideliu atstumu prieš fronto liniją pasirodo plunksniniai kamuoliniai banguotieji (Cc und.)debesys. Viduriniame aukšte formuojasi aukštieji kamuoliniai lęšiškieji (Ac lent.)debesys. Dar ţemiau sluoksniniai kamuoliniai nepersišviečiantieji (Sc op.).

Okliuzijos fronto debesysŠiuo atveju susiduria dvi šaltosoro masės, ankščiau buvusiosprieš ir uţ šilto fronto.Abiejų frontų debesų sistemossusijungia į vieną – sudėtingą irdaugiapakopę. Šiltas oras kyla įviršų ir uţima daubos pavidalopagilėjimą tarp abiejų frontiniųpaviršių, vyksta šalto ir šilto frontųdebesų sistemų jungimasis.Okliuzijos fronto tipai: 1) šiltas okliuzijosfrontas; 2) šaltas okliuzijos frontas.Susiformuoja galinga Cs-As-Ns debesų sistema, kurios storisdidţiausiais ties viršutine frontinelinija.

Debesų mikrostruktūra ir vandeningumasVandens (lašelių) debesys sudaryti tik iš vandens lašelių. Jie egzistuoja ne tik esantteigiamai, bet ir neigiamai (-10°C ir ţemesnei) temperatūrai.Mišrūs debesys sudaryti iš peršaldytų lašelių ir ledo kristalų mišinio. Daţniausiai jieformuojasi kai oro temperatūra debesyje nukrinta iki -10 – -40 °C.Ledo (kristaliniai) debesys sudaryti tik iš ledo kristalų. Tokie debesys vyrauja kaioro temperatūra ţemesnė nei -30° C.Debesyse lašelių skaičius kinta nuo kelių šimtų ţemutinėje iki keliasdešimtieslašelių 1 cm³ viršutinėje troposferoje. Kristalų skaičius dar maţesnis – kinta nuo 1apatinio aukšto iki 0,1 kristalo 1 cm³ viršutinio aukšto debesyse.Lašų spindulys debesyse kinta plačiame intervale: nuo dešimtųjų dalių ikidešimčių mikrometrų. Tirpstant kristalams bei lašams susiliejant, jų spindulys galiišaugti iki 100–200 m. Iš debesų iškritus tokio dydţio vandens lašams, ant ţemėspaviršiaus krinta dulksna. Lietaus lašelių dydis viršija 500 m, nors gali siekti ir kelismilimetrus (t. y. tūkstančius m). Ledo kristalų spindulys taip pat labai skiriasi: nuo10–20 m iki kelių milimetrų.

Vandens lašelių ir kristalų masė tūrio vienetevadinama debesies vandeningumu.1 m³ vandens debesies yra nuo 0,1 iki 0,4 gvandens. Tik kamuoliniuose debesysevandeningumas didesnis ir kinta nuo 0,7 iki 1,8,kartais pasiekdamas ir 5 g/m³. Kristaliniuosedebesyse šie skaičiai dar maţesni ir sudarovos šimtąsias gramo dalis: dviem trečdaliaisatvejų tokių debesų vandeningumas neviršija0,05 g/m³.Vandeningumo () pasiskirstymodebesyse schema: 1) banguotuosedebesyse (Sc-Ac); 2) sluoksniniuosedebesyse (Ns-As)Didėjant debesies temperatūrai vidutinisvandeningumas išauga. Banguotuose debesyselabiausiai vandeninga vidurinė bei viršutinėdebesies dalis. Sluoksninių debesų sistemoje beikamuoliniuose debesyse vandeningiausiaapatinė debesies dalis

Debesuotumo paros ir metinė eigaDebesuotumas – debesų dengiamo dangaus skliauto dalis.Banguotieji (St, Sc, Ac) debesys, kurie susiję sunaktiniu oro atvėsimu ir palyginus silpna vandensgarų turbulencine pernaša į viršų, maksimaliąreikšmę pasiekia naktį ir rytą.Kamuoliniai (Cu, Cb) debesys susiję su atmosferosstratifikacijos nepastovumu ir stipria konvekcija,daţniausiai atsiranda dienos metu ir išnyksta artėjantnakčiaiDebesys, kurie susiformuoja frontinėse zonose(sluoksniniai debesys), neturi aiškios paroseigos.Bendrojo debesuotumo vidutiniskitimas per parą Vilniuje: 1 – sausio, 2– balandţio, 3 – liepos, 4 – spaliomėnesiaisVidutinėse platumose vasarą išskiriami du debesuotumo maksimumai: rytą ir kiekryškesnis po pietų. Ţiemą, kai konvekcija yra daug silpnesnė, vyrauja rytinismaksimumas kuris gali būti vienintelis.Virš jūros, kur paviršiaus temperatūra beveik nesikeičia paros bėgyje, debesų paros eigayra sunkiai pastebima (silpnas maksimumas rytą).

Vidutinėse platumose debesuotumo metinės eigos maksimumas – ţiemą, kaiintensyviausia cikloninė veikla su frontiniu debesuotumu, o minimumas pavasarį irvasarą, kai vyrauja konvekciniais debesys.Tropinėse platumose vyrauja konvekciniai debesys, todėl debesuotumo maksimumasfiksuojamas vasarą.

KRITULIAIKrituliai – skystos ar kietos būsenos vanduo krintantis iš debesų arba nusėdantis išoro ant veikliojo paviršiaus.Krituliai iš debesų krenta tuoatveju jei nors dalis debesieselementų dėl vienų ar kitųprieţasčių pasidaro tiek sunkūs,kad oro pasipriešinimas iraukštyneigiai oro srautainesugeba išlaikyti juospakibusioje būsenoje, o krintantysledo kristalai arba vandens lašeliainespėja išgaruoti kol pasiekiaţemės paviršių.Jei krintantys vandens lašai išgaruojanepasiekę paviršiaus, po debesimis galimapastebėti krintančių kritulių juostas.Kritulių kritimo greitis priklauso nuo lašelių dydţio irsniego ar ledo gabalėlių dydţio ir tankio

Lašelių stambėjimas vyksta dėl dviejų pagrindinių prieţasčių: dėl kondensacijos bei dėllašelių susiliejimo arba kristalų sukibimo susidūrimų metu (koaguliacijos).Kondensacinis debesų elementų augimas (1)Sočiųjų vandens garų slėgis(E) virš maţų lašelių yradidesnis nei virš didelių (kuodidesnis lašelio paviršiauskreivumas, tuo silpnesnėsmolekulių tarpusavio traukosjėgos ir tuo didesnė Ereikšmė), todėl vienodasvandens garų slėgis (e) galibūti sotinantis didelių ir nebūtisotinantis maţų lašų atţvilgiu.Šiuo atveju gali vykti pačiųmaţiausių lašelių garavimas irkondensacija ant stambesniųdebesies elementų.Sočiųjų vandens garų slėgio virš lašeliopaviršiaus priklausomybė nuo lašelio skersmens.

Kondensacinis debesų elementų augimas (2)Mišriuose debesyse sočiųjųvandens garų slėgio (E)skirtumas virš peršaldytų lašelių irkristalų yra dar didesnis (vandensmolekulių tarpusavio traukosjėgos skystyje maţesnės neilede) nei virš skirtingų dydţiųlašų, todėl vandens garųperėjimas nuo lašelių ant kristalųvyksta keliasdešimt kartųintensyviau. Daţniausiaimišriuose debesyse vandensgarų slėgis yra sotinantis viršledo ir nėra pasiekęs sočiųjųvandens garų lygio virš vandens,todėl vyksta intensyvus vandenslašelių garavimas ir garųsublimacija ant ledo kristalų.Sočiųjų vandens garų slėgio virš vandens ir viršledo skirtumasVandens garų molekulės kondensacinioaugimo metu jungiasi tik su kristalų šoninėmisbriaunomis ar kampais ir toliau migruojakristalo viduje.

Koaguliacinis debesų elementų augimasDebesies elementų koagulaciją lemiantys veiksniai:Skirtingi elektriniai krūviaiDifuziniai judesiaiTurbulenciniai judesiaiNevienodas kritimo greitisSantykinai didelis vandens lašas debesyje krenta permaţesnių lašelių sankaupą. Didelio lašelio diametrasauga koaguliacijos dėka Nustatyta, jog lašelioaugimas koaguliacijos metu yra tiesiogiaiproporcingas jo spindulio kvadratui, o kondensacinioaugimo greitis – atvirkščiai proporcingas spinduliokvadratuiKritulių lašelių kritimo greičiopriklausomybė nuo jų skersmens

Kritulių tipaiIš tvarkingo aukštyneigio judėjimo (frontinių) debesų (Ns, As) krinta ištisiniai krituliai.Tai ilgalaikiai (trunkantys dešimtys valandų) vidutinio intensyvumo krituliai (lietus arsniegas), iškrentantis iš karto didelėje teritorijoje ir gan tolygiai pasiskirstęs erdviniupoţiūriu.

Iš konvekcinių lietaus kamuolinių (Cb)debesų krinta intensyvūs, bettrumpalaikiai krituliai, kurie vadinamiliūtiniais krituliais. Tai krituliaiiškrentantis iš pavienių debesų arsiaurų debesų juostų virš nedideliųplotų. Ţiemos metu iš kamuoliniųlietaus debesų daţnai iškrentastambūs sniego dribsniai, taip pat,esant neigiamoms temperatūroms,gali kristi sniego granulės.

Pastoviai stratifikuotose šiltose arba vietinėse oro masėse iš sluoksninių (St) arbasluoksninių kamuolinių (Sc) maţo storio debesų iškrenta krituliai sudaryti iš labai smulkiųvandens lašelių (dulksna) arba ledo kristalų (sniego grūdai). Dėl kritulių elementųsmulkumo, toks lietus gali būti ilgalaikis, bet neintensyvus.

Kad iškristų ištisinis ar liūtinis lietus būtina, jog debesys būtų mišrūs, t.y. sudaryti išpaprastų ir peršaldytų vandens lašelių bei kristalų. Jei iki pat ţemės paviršiaus orotemperatūra yra neigiama, iškrinta sniegas arba sniego kruopos.Debesyse bent iš dalies sudarytuose iš ledo kristalų susidaro palankios sąlygosstambiems kritulių elementams formuotis ir išlikti:ledo kristalai auga prie maţesnės santykinės oro drėgmės nei vandens lašeliai(skiriasi sočiųjų vandens garų slėgis virš paviršių);plokščių ledo kristalų paviršiaus plotas yra didesnis nei vandens lašelių, todėldidėja koaguliacijos tikimybė jiems krentant;kieti krituliai krisdami į apatinius šiltesnius ir sausesnius atmosferos sluoksniustirpdami išlaiko temperatūrą artimą 0°C, todėl kol kieti kritulių elementai pilnaineištirpsta, garavimas nuo jo paviršiaus vyksta labai iš lėto.

Pagal sinoptines kritulių formavimosi sąlygas išskiriami frontiniai ir vidujiniaikrituliai.Frontiniai krituliai susiję suatmosferos frontų praėjimu. Šiltamfrontui būdingi ištisiniai, o šaltam –liūtiniai krituliai, daţnai pereinantys įištisinius.Vidujiniai krituliai formuojasi vienalytėsoro masės viduje. Pastoviai stratifikuotaioro masei būdinga dulksna krentanti išsluoksninių (St) ir sluoksninių kamuolinių(Sc) debesų, nepastovios stratifikacijos oromasei būdingi liūtiniai krituliai krentantys išgalingų kamuolinių lietaus (Cb) debesų.

Kritulių formos priklausomybė nuo oro temperatūros stratifikacijospobūdţio

Kruša tai netaisyklingos formos ledogabaliukų pavidalo krituliai, kurių dydisdaugiau nei keli mm. Kruša krenta audrosmetu kartu su liūtiniu lietumi. Krušaiformuotis būtina ypač stipri konvekcija irdidelis debesies vandeningumas, todėlkruša iškrenta tik vasarą, kai aukštatemperatūra prie ţemės paviršiaus.

Kritulių kiekio kaita per parą ir per metusSausumoje yra išskiriami du pagrindiniai kritulių paros eigos tipai:kontinentinispriekrantinisKontinentiniame tipe pagrindiniskritulių maksimumas esti popusiaudienio, o silpnas antrinis –anksti ryte ir atitinka debesuotumoeigą. Vasarą pagrindinismaksimumas, dėl stipresnėskonvekcijos, išreikštas aiškiau,negu rytinis, besiformuojantis dėlnaktinio poinversinių debesųsusidarymo.Priekrantiniame tipe kritulių paroseiga turi vienintelį maksimumą naktįir rytą, o minimumą popiečiovalandomis. Tą sąlygoja tai, kadšaltesniam orui judant nuo jūros įsausumą, popiečio valandomissantykinis drėgnumas ore maţėja irdebesų vystymasis silpnėja.Vidutinėse platumose daugiausia kritulių atneša ciklonai. Cikloninė cirkuliacijaintensyviausia šaltuoju metų laiku, todėl vakarinėse ţemynų pakrantėse daugiaukritulių iškrenta vėlyvą rudenį ir ţiemą, o maţiausiai – pavasarį ir vasaros pradţioje.Tolstant į kontinento gilumą didėja vidujinių kritulių kiekis, kurių daugiausia iškrentavasarą (didesnis drėgmės kiekis ore bei stratifikacijos nepastovumas). Todėlkontinento gilumoje kritulių maksimumas fiksuojamas vasarą, o minimumas – ţiemą.

Sniego dangaKai oro temperatūra ilgesnį laiką išliekaneigiama, sniegas, iškritęs ant ţemėspaviršiaus, lieka gulėti ir susidaro sniegodanga.Pagrindinės sniego dangoscharakteristikos:Sniego storisSniego tankisSniego dangos slūgsojimo trukmėpriklauso nuo platumos ir ilgėjadidėjant jai.Sniego danga2003 metų sausį

Metamorfizacija – procesas kurio metu kinta snaigių forma sniego dangoje. Toksprocesas vyksta tol, kol susiformuoja ganėtinai stambūs daugiau ar maţiau apvaliosformos elementai.Termodinaminiu poţiūriu, sniego kristalai persiformuodami artėja prie pusiausvyrinėsbūsenos, kurios termodinaminė charakteristika yra laisvoji energija ir kuri lemia kristalopaviršiaus ploto maţėjimą jo tūrio atţvilgiu.Suskilus dendritiniamskristalams daţnai formuojasiryšiai dviejų elementų kontaktovietose. Šis procesasvadinamas prišalimu.

ReželiacijaSniego linija

Abliacijossudedamos dalys:Sniego tirpimasGaravimasAbliacijos tipai:AdvekcinėSpindulinė

PūgaPūga – toks atmosferos reiškinys, kurio metu vėjui pernešant nuo paviršiauspakeltą arba krentantį sniegą sumaţėja matomumas.Pūgų genetiniai tipai:PažemioPažemio pustymasSudėtingojiKad prasidėtų paţemio pūgos vėjo greitis turi pasiekti kritinę reikšmę, vadinamą dinaminiu greičiu,kuris priklauso nuo atskirų sniego dangos paviršiaus snaigių dydţio, formos bei masės, o taip patnuo snaigių sukibimo laipsnio.

5 dalykai, be kurių žinojimo irsupratimo tolimesnėsstudijos apsunks1. Nuo ko priklauso garavimo intensyvumas2. Ko reikia, kad vandens garai kondensuotųsi3. Vandens garų slėgio ir santykinio oro drėgnumo paros kaita4. Svarbiausi debesodaros procesai5. 10 pagrindinių debesų formų (lietuviškai, lotyniškai, trumpiniai)