Mākoņi

Veidošanās un avoti

Mākoņi veidojas, kad ūdens tvaiku saturošs gaiss atdziest, līdz tā rasas punktu un uz aerosola daļiņām, piemēram, putekļiem, jūras sāls vai ziedputekšņiem, notiek kondensācija.

Mitrums, kas baro mākoņus, rodas, iztvaikojot no gaisa virsmas un augiem transpirējot; šos procesus kopā bieži dēvē par. evapotranspirāciju.

Gaisu paceļ un atdzesē dažādi mehānismi - virsmas sasilšanas izraisīta konvekcija, frontāla pacelšanās, gaisa masām saduroties, orogrāfiska pacelšanās virs reljefa un plaša mēroga konverģence laikapstākļu sistēmās, un katrs mehānisms rada atšķirīgas mākoņu formas un vertikālās struktūras.

Zemas mākoņu veidošanos var veicināt arī virsmas radiatīvā atdzišana naktī, savukārt vietējie mitruma avoti, piemēram, ezeri vai apūdeņoti lauki, var veicināt mākoņu veidošanos tuvumā.

Klasifikācija un mākoņu izskats

Meteorologi klasificē mākoņus galvenokārt pēc to augstuma un pamatformas. Plašas augstuma grupas ir augstie, vidējie un zemie mākoņi, kā arī atsevišķa kategorija mākoņiem ar spēcīgu vertikālo attīstību:

• Augsti mākoņi: cirrus, cirrostratus un cirrocumulus; tos galvenokārt veido ledus kristāli, un tie ir plāni vai plūksnaini.
• Vidējie mākoņi: altostratus un altocumulus; tie atrodas starp augstajiem un zemajiem mākoņiem un bieži signalizē par mainīgiem laikapstākļiem.
• Zemi mākoņi: stratus, stratokumulus un nimbostratus; tajos pārsvarā ir ūdens pilieni, un tie parasti rada apmācies debesis un nelielus līdz mērenus nokrišņus.
• Mākoņi ar vertikālu attīstību: kumulus un kumulonimbus; tie var būt gan viegli uzpūsti, gan arī augstu stāvoši negaisa negaisa zari, kas rada spēcīgu lietu, zibeņus un spēcīgus vējus.

Mākoņu nosaukumus var kombinēt, lai aprakstītu jauktas īpašības (piemēram, nimbostratus - biezi, lietus nesoši slāņaini mākoņi), un to izskats mainās atkarībā no apgaismojuma, debesu fona un mitruma satura.

Mākoņu mikrofizika un nokrišņu procesi

Mākoņa iekšienē pastāvīgi mijiedarbojas sīki pilieni un ledus kristāli. Lāsītes aug, kondensējoties un saduroties ar citām lāsītēm; siltos mākoņos šis sadursmes un koalescences process var radīt lietus pilienus.

Jauktās fāzes mākoņos, kuros līdzās pastāv ledus un pārdzesēts ūdens, Beržerona process izraisa ledus kristālu augšanu uz ūdens pilienu rēķina, kā rezultātā bieži vien veidojas sniegs vai ledus, kas pēc tam zem siltākiem slāņiem izkūst lietū.

Aerosola koncentrācija, pilienu lieluma sadalījums un ledus kodolu klātbūtne ietekmē to, vai no mākoņa veidojas putenis, pastāvīgs lietus, sniegs vai nokrišņu nav vispār. Temperatūras profils, vertikālās kustības un mākoņa biezums nosaka dominējošo mikrofizikālo ceļu.

Dzīves cikls un dinamika

Mākoņiem ir savs dzīves cikls: rašanās, augšana, briedums un izkliedēšanās. Konvektīvie mākoņi ir atkarīgi no peldošiem augšupvērstiem gaisa plūsmas virzieniem; ja augšupvērstie gaisa plūsmas virzieni ir spēcīgi un noturīgi, mākoņi veidojas vertikāli, un tajos var veidoties nokrišņi un turbulence.

Mākoņu augšanu var ierobežot un veicināt iztvaikošanu un bojāšanos, jo apkārtējais sausākais gaiss sajaucas mākoņa virskārtā.

Frontālie un stratiformas mākoņu klājumi ir vairāk atkarīgi no liela mēroga pacēluma un mitruma konverģences, un bieži vien tie ilgāk saglabājas virs reģiona. Vietējie faktori, piemēram, virsmas sasilšana, topogrāfija un mitrums, nosaka to, cik ilgi mākoņi pastāv un kā tie attīstās.

Laikapstākļu un klimata nozīme

Mākoņiem ir būtiska nozīme gan īstermiņa laikapstākļu, gan ilgtermiņa klimata veidošanā.

Atstarojot saules gaismu, mākoņi palielina planētas albedo un rada atvēsinošu ietekmi; absorbējot un atkārtoti izstarojot infrasarkano enerģiju no virsmas, tie rada sasilšanas ietekmi.

Tas, vai konkrētam mākoņu slānim ir neto sasilšanas vai atdzišanas efekts, ir atkarīgs no tā augstuma, biezuma, daļiņu fāzes un diennakts laika. Zemi, biezi mākoņi mēdz atvēsināt virsmu, atstarojot saules gaismu, savukārt augsti, plāni mākoņi mēdz sasildīt, aizturot izejošo starojumu.

Tā kā mākoņu atgriezeniskās saites pastiprina vai vājina temperatūras izmaiņas, tās ir galvenais klimata prognožu nenoteiktības avots.

Novērošana un mērījumi

Mākoņi tiek novēroti dažādos mērogos un ar daudziem instrumentiem.

Apmācīti novērotāji apraksta mākoņu veidu un pārklājumu no zemes; ceilometri novērtē mākoņu bāzes augstumu; radiozondes mēra temperatūras un mitruma vertikālos profilus, kas norāda, kur var veidoties mākoņi; meteoroloģiskie radari nosaka hidrometeorus un nokrišņu struktūru; un satelīti nodrošina plašu pārklājumu ar redzamajiem, infrasarkanajiem un mikroviļņu kanāliem, kas atklāj mākoņu virsas augstumu, fāzi un kustību.

Lidārs un progresīvi tālvadības sensori var veidot plānus mākoņu un aerosola slāņu profilus, kurus ar parastajiem instrumentiem ir grūti pamanīt.

Skaitliskie laikapstākļu modeļi izmanto šos novērojumus, lai inicializētu prognozes un attēlotu mākoņu procesus, lai gan mākoņu parametrizēšana modeļu režģa mērogos joprojām ir sarežģīta.

Praktiskā ietekme un pielietojums

Mākoņi ietekmē daudzas cilvēku darbības un nozares.

Aviācijā tie ietekmē redzamību, turbulenci un apledojuma risku; saules enerģētikā tie modulē fotoelementu jaudu un prognožu nenoteiktību; lauksaimniecībā mākoņi maina iztvaikošanu, ēnojumu un nokrišņu laiku un daudzumu; ūdens resursu apsaimniekošanā no mākoņu radītajiem nokrišņiem atkarīga ūdenskrātuvju pieplūde un plūdu risks.

Mākoņu novērojumi ir ļoti svarīgi arī gaisa kvalitātes novērtēšanai, āra pasākumu plānošanai un reaģēšanai ārkārtas situācijās spēcīgu vētru laikā.