Debesys

Formavimas ir šaltiniai

Debesys susidaro, kai oras, kuriame yra vandens garų, atvėsta iki rasos tašką ir ant aerozolio dalelių, tokių kaip dulkės, jūros druska ar žiedadulkės, vyksta kondensacija.

Debesis maitinanti drėgmė susidaro dėl garavimo paviršiuje ir augalų transpiracijos; šie procesai kartu dažnai vadinami evapotranspiracija.

Orą kelia ir vėsina įvairūs mechanizmai - paviršiaus įkaitimo sukelta konvekcija, fronto pakilimas susidūrus oro masėms, orografinis pakilimas virš reljefo ir didelio masto konvergencija meteorologinėse sistemose - ir kiekvienas mechanizmas lemia skirtingas debesų formas ir vertikaliąsias struktūras.

Dėl radiacinio paviršiaus atvėsimo naktį taip pat gali susidaryti nedideli debesys, o vietiniai drėgmės šaltiniai, pavyzdžiui, ežerai ar drėkinami laukai, gali paskatinti debesų vystymąsi netoliese.

Klasifikacija ir debesų išvaizda

Meteorologai debesis pirmiausia skirsto pagal jų aukštį ir pagrindinę formą. Pagrindinės aukščio grupės yra aukšti, vidutinio aukščio ir žemi debesys, taip pat atskira kategorija, skirta debesims, pasižymintiems stipriu vertikaliu išsivystymu:

• Aukšti debesys: cirrus, cirrostratus ir cirrocumulus; jie daugiausia sudaryti iš ledo kristalų ir atrodo ploni arba purūs.
• Vidutiniai debesys: altostratus ir altocumulus; jie yra tarp aukšto ir žemo sluoksnių ir dažnai praneša apie besikeičiančius orus.
• Žemi debesys: stratus, stratocumulus ir nimbostratus; juose vyrauja vandens lašeliai, todėl dažniausiai būna debesuotas dangus ir iškrenta nedideli ar vidutinio dydžio krituliai.
• Debesys su vertikaliu išsivystymu: cumulus ir cumulonimbus; jie gali būti įvairūs - nuo gana purių debesų iki aukštų perkūnijos antvožų, sukeliančių smarkias liūtis, žaibus ir stiprius vėjus.

Debesų pavadinimai gali būti derinami, kad apibūdintų mišrias savybes (pvz., nimbostratus - stori, lietaus nešantys sluoksniniai debesys), o išvaizda priklauso nuo apšvietimo, dangaus fono ir drėgmės kiekio.

Debesų mikrofizika ir kritulių procesai

Debesyje nuolat sąveikauja maži lašeliai ir ledo kristalai. Lašeliai auga kondensuodamiesi ir susidurdami bei susiliedami su kitais lašeliais; šiltuose debesyse šio susidūrimo ir susiliejimo proceso metu gali susidaryti lietaus lašai.

Mišrios fazės debesyse, kuriuose kartu egzistuoja ledas ir peršaldytas vanduo, dėl Bergerono proceso vandens lašelių sąskaita auga ledo kristalai, todėl dažnai susidaro sniegas arba ledas, kuris vėliau ištirpsta į lietų po šiltesniais sluoksniais.

Aerozolio koncentracija, lašelių dydžio pasiskirstymas ir ledo branduolių buvimas - visa tai turi įtakos tam, ar iš debesies iškrinta dulksna, pastovus lietus, sniegas, ar iš viso neiškrenta kritulių. Temperatūros profilis, vertikalūs judesiai ir debesies storis lemia vyraujantį mikrofizinį kelią.

Gyvenimo ciklas ir dinamika

Debesys turi savo gyvavimo ciklą: prasideda, auga, subręsta ir išsisklaido. Konvekciniai debesys priklauso nuo plūduriuojančių aukštyn kylančių srovių; jei aukštyn kylančios srovės yra stiprios ir ilgalaikės, debesys auga vertikaliai ir gali susidaryti krituliai bei turbulencija.

Įtraukimas, t. y. aplinkinio sausesnio oro maišymasis su debesimis, gali apriboti augimą ir paskatinti garavimą bei irimą.

Frontaliniai ir stratiforminiai debesų sluoksniai labiau priklauso nuo didelio masto pakilimo ir drėgmės konvergencijos ir dažnai ilgiau išsilaiko virš regiono. Vietiniai veiksniai, tokie kaip paviršiaus įkaitimas, topografija ir drėgmė, lemia debesų gyvavimo trukmę ir jų raidą.

Vaidmuo orų ir klimato srityje

Debesys yra labai svarbūs tiek trumpalaikiam orui, tiek ilgalaikiam klimatui.

Atspindėdami saulės šviesą, debesys didina planetos albedą ir daro vėsinančią įtaką; sugerdami ir iš naujo išspinduliuodami infraraudonąją energiją iš paviršiaus, jie daro šildančią įtaką.

Tai, ar tam tikras debesų sluoksnis daro grynąjį atšilimo ar atvėsimo poveikį, priklauso nuo jo aukščio, storio, dalelių fazės ir paros laiko. Žemi, stori debesys paprastai vėsina paviršių, atspindėdami saulės šviesą, o aukšti, ploni debesys paprastai šildo, sulaikydami išeinančią spinduliuotę.

Kadangi debesų grįžtamoji reakcija stiprina arba slopina temperatūros pokyčius, ji yra pagrindinis klimato prognozių neapibrėžtumo šaltinis.

Stebėjimas ir matavimas

Debesys stebimi įvairiais mastais ir įvairiais prietaisais.

Apmokyti stebėtojai apibūdina debesų tipą ir aprėptį nuo žemės; ceilometrais nustatomas debesų bazės aukštis; radiozondai matuoja vertikalius temperatūros ir drėgmės profilius, kurie parodo, kur gali formuotis debesys; meteorologiniais radarais nustatomi hidrometeorai ir kritulių struktūra; palydovai plačiai aprėpia matomus, infraraudonuosius ir mikrobangų kanalus, kurie atskleidžia debesų viršūnės aukštį, fazę ir judėjimą.

Lidaras ir pažangūs nuotoliniai jutikliai gali nustatyti plonų debesų ir aerozolio sluoksnių, kuriuos sunku pastebėti įprastais prietaisais, profilį.

Skaitmeniniai orų modeliai naudoja šiuos stebėjimus prognozėms inicijuoti ir debesų procesams atvaizduoti, nors debesų parametrų nustatymas modelio tinklelio masteliu tebėra sudėtingas.

Praktinis poveikis ir taikymas

Debesys turi įtakos daugeliui žmonių veiklos rūšių ir pramonės šakų.

Aviacijoje jie turi įtakos matomumui, turbulencijai ir apledėjimo rizikai; saulės energijos srityje jie lemia fotovoltinę galią ir prognozių neapibrėžtumą; žemės ūkyje debesys keičia evapotranspiraciją, šešėliavimą, kritulių iškritimo laiką ir kiekį; vandens išteklių valdymo srityje debesų nulemti krituliai lemia įtekėjimą į rezervuarus ir potvynių riziką.

Debesų stebėjimai taip pat labai svarbūs vertinant oro kokybę, planuojant renginius lauke ir reaguojant į ekstremalias situacijas stiprių audrų metu.