Chmury Cumulus to chmury o płaskiej podstawie i często opisywane jako „puszyste”, „bawełnopodobne”. Ich nazwa wywodzi się od łacińskiego cumulo-, oznaczającego kupę. Cumulusy są chmurami niskiego poziomu. Zazwyczaj rozbudowane poniżej 2000 m (6600 stóp) wysokości, chyba że są bardziej pionowymi formami cumulus congestus. Chmury Cumulus mogą pojawiać się samodzielnie, w liniach lub w gromadach.
Konwekcja za frontem atmosferycznym w świeżej masie powietrza, widziana z pokładu samolotu podczas startu
Chmury te powstają na skutek głównie na skutek konwekcji
Cumulusy są często prekursorami innych rodzajów chmur, takich jak Cumulonimbus, pod wpływem czynników pogodowych, takich jak niestabilność, wilgotność i gradient temperatury. Zwykle cumulusy wytwarzają niewielkie opady lub nie wytwarzają ich wcale, ale mogą przerodzić się w strefy z przelotnymi z opadami lub chmurami cumulonimbus. Chmury Cumulus mogą powstawać z pary wodnej, przechłodzonych kropelek wody lub kryształków lodu, w zależności od temperatury otoczenia. Występują w wielu odrębnych podformach i generalnie chłodzą ziemię poprzez odbijanie przychodzącego promieniowania słonecznego. Chmury Cumulus są częścią większej kategorii swobodnie konwekcyjnych chmur cumuliform, które obejmują chmury Cumulonimbus. Ten ostatni rodzaj jest czasami klasyfikowany oddzielnie jako cumulonimbiform ze względu na jego bardziej złożoną strukturę, która często obejmuje cirriform lub wierzchołek kowadła. Istnieją również chmury cumuliformalne o ograniczonej konwekcji, które obejmują stratocumulus, altocumulus i cirrocumulus. Te ostatnie trzy rodzaje rodzajów są czasami klasyfikowane oddzielnie jako stratocumuliform.
Chmury Cu w chłodnej masie, widziane z pokładu rejsowego samolotu
Przykład konwekcji na linii zbieżności wiatru. Gromada chmur Cumulus obok rozbudowującego się niewielkiego i potencjalnego Cumulonimbusa, w rejonie Lublina
Ważną role odgrywa operacja słoneczna w kontekście rozwoju tych chmur
Chmury Cumulus powstają w wyniku konwekcji atmosferycznej, gdy powietrze ogrzane przez powierzchnię zaczyna się unosić. Gdy powietrze się unosi, temperatura spada (zgodnie z pionowym gradientem temperatury), powodując wzrost wilgotności względnej (RH). Jeśli konwekcja osiągnie pewien poziom, wilgotność względna osiągnie sto procent i rozpoczyna się faza „mokro-adiabatyczna”. W tym momencie następuje dodatnie sprzężenie zwrotne. Ponieważ wilgotność względna przekracza 100%, para wodna skrapla się, uwalniając utajone ciepło, ogrzewając powietrze i pobudzając dalszą konwekcję.
Wypiętrzające się Cumulusy w kierunku podtypu Congestus, w rejonie Lublina
Jądra kondensacji odgrywają ważną rolę
W tej fazie para wodna kondensuje na różnych jądrach znajdujących się w powietrzu, tworząc chmurę cumulusu. Tworzy to charakterystyczny płaskodenny, puszysty kształt związany z chmurami cumulus. Wysokość chmury (od dołu do góry) zależy od profilu temperaturowego atmosfery i obecności jakichkolwiek inwersji. Podczas konwekcji otaczające powietrze jest porywane (mieszane) z ciepłem i całkowita masa wznoszącego się powietrza wzrasta. Deszcz tworzy się w chmurze cumulusu w procesie obejmującym dwa niedyskretne etapy. Pierwszy etap następuje po zlewaniu się kropelek na różnych jądrach. Langmuir pisze, że napięcie powierzchniowe w kropelkach wody zapewnia nieco wyższe ciśnienie na kropelce, podnosząc nieznacznie ciśnienie pary.
Niskie chmury Cu z bliska, uchwycone z pokładu samolotu
Podwyższone ciśnienie powoduje odparowanie tych kropelek i kondensację pary wodnej na większych kropelkach. Ze względu na wyjątkowo mały rozmiar parujących kropelek wody proces ten staje się w dużej mierze bez znaczenia po tym, jak większe kropelki urosną do około 20 do 30 mikrometrów, a drugi etap przeminie. W fazie akrecji kropla deszczu zaczyna opadać. Inne krople zderzają się z nią i łączą się z nią, zwiększając jej rozmiar. Langmuir był w stanie opracować wzór, który przewidywał, że promień kropli będzie rósł bez ograniczeń w dyskretnym okresie czasu.
Cumulusy tworzące się w środowisku chłodnej masy powietrza, w półroczu chłodnym
Ciekawe fakty odnośnie chmur konwekcyjnych
Stwierdzono, że gęstość wody w cieczy, w chmurze cumulus zmienia się wraz z wysokością nad podstawą chmury. Jednak nie jest w przybliżeniu stała w całej chmurze. W jednym konkretnym badaniu stwierdzono, że stężenie u podstawy chmur wynosi zero. Wraz ze wzrostem wysokości koncentracja gwałtownie wzrosła do maksymalnego stężenia w pobliżu środka chmury. Uznano, że maksymalne stężenie wynosi do 1,25 grama wody na kilogram powietrza. Stężenie powoli spadało wraz ze wzrostem wysokości do wysokości wierzchołka chmury, gdzie natychmiast ponownie spadało do zera.
Chmury Cu mogą tworzyć linie rozciągające się na długości 480 kilometrów (300 mil) zwane ulicami chmur. Te chmurne ulice pokrywają rozległe obszary i mogą być przerwane lub ciągłe. Tworzą się, gdy uskok wiatru powoduje cyrkulację poziomą w atmosferze, tworząc długie, cylindryczne ulice chmur. Zwykle tworzą się podczas systemów wysokiego ciśnienia, takich jak po przejściu chłodnego frontu.
Zróżnicowana wysokość podstaw oraz rozciągłość pionowa tych chmur
Wysokość, na której tworzy się chmura, zależy od ilości wilgoci w masie, która tworzy chmurę. Wilgotne powietrze zwykle powoduje niższą podstawę chmur. W obszarach o umiarkowanym klimacie podstawa cumulusów znajduje się zwykle poniżej 550 metrów (1800 stóp) nad poziomem gruntu, ale może sięgać do 2400 metrów (7900 stóp) wysokości. Na suchych i górzystych obszarach podstawa chmur może przekraczać 6100 metrów (20 000 stóp).
Chmury Cumulus mogą składać się z kryształków lodu, kropelek wody, kropelek przechłodzonej wody lub ich mieszaniny. Kropelki wody tworzą się, gdy para wodna kondensuje na jądrach kondensacji, a następnie mogą łączyć się w coraz większe kropelki.
Jedno z badań wykazało, że w regionach o klimacie umiarkowanym badane podstawy chmur znajdowały się na wysokości od 500 do 1500 metrów (1600 do 4900 stóp) nad poziomem gruntu. Chmury te były zwykle powyżej 25 °C, a stężenie kropelek wahało się od 23 do 1300 kropel na centymetr sześcienny (380 do 21300 na cal sześcienny).
Dane te zostały zaczerpnięte z rosnących izolowanych chmur cumulusów, które nie wytrącały się. Kropelki były bardzo małe, o średnicy do około 5 mikrometrów. Chociaż mogły być obecne mniejsze kropelki, pomiary nie były wystarczająco czułe, aby je wykryć. Najmniejsze kropelki znaleziono w dolnych partiach obłoków, a odsetek dużych kropel (około 20 do 30 mikrometrów) dramatycznie wzrastał w górnych obszarach obłoku. Rozkład wielkości kropelek miał nieco bimodalny charakter, z pikami przy małych i dużych rozmiarach kropel oraz niewielkim dołkiem w średnim zakresie wielkości. Pochylenie było z grubsza neutralne. Co więcej, duży rozmiar kropli jest w przybliżeniu odwrotnie proporcjonalny do stężenia kropli na jednostkę objętości powietrza.
Miejscami cumulusy mogą mieć „dziury”, w których nie ma kropel wody. Mogą one wystąpić, gdy wiatry rozrywają chmurę i włączają powietrze z otoczenia lub gdy silne prądy zstępujące odparowują wodę.
Jest wiele gatunków tych chmur
Chmury Cu występują w czterech różnych gatunkach: cu humilis, mediocris, congestus i fractus. Gatunki te można zestawić w odmianę cumulus radiatus. Może towarzyszyć do siedmiu cech uzupełniających, cu pileus, velum, virga, praecipitatio, arcus, pannus i tuba. Przypominamy, że burze i opady śledzić możecie w naszej zakładce z radarem opadów.
Piętrzące się Cumulusy Congestusy wraz ze zjawiskiem pileus nad Cu Cong
Gatunek Cu fractus ma postrzępiony wygląd i może tworzyć się w czystym powietrzu jako prekursor cu humilis i większych gatunków typu cumulus. Lub może tworzyć się w opadach jako dodatkowa cecha pannus (zwana również scud), która może również obejmować stratus fractus złej pogody. Cumulus humilis wyglądają jak opuchnięte, spłaszczone kształty. Chmury Cu mediocris wyglądają podobnie, z wyjątkiem tego, że mają pewien pionowy rozwój. Chmury Cu congestus mają strukturę podobną do kalafiora i wznoszą się wysoko w atmosferę, stąd ich alternatywna nazwa „górujący cumulus”. Odmiana Cu radiatus tworzy się w promienistych pasmach zwanych czasem ulicami chmur i może obejmować dowolny z czterech gatunków cumulusów.
Congestus najbardziej rozbudowana chmura Cumulus w pionie
Cechy uzupełniające Cumulus są najczęściej obserwowane w przypadku gatunku congestus. Chmury Cumulus virga to chmury cumulus wytwarzające virga (opady, które parują podczas lotu w dół, a cumulus praecipitatio wytwarzają opady, które docierają do powierzchni Ziemi. Cumulus pannus to rozdrobnione chmury, które zwykle pojawiają się pod macierzystą chmurą cumulus podczas opadów. Chmury Cumulus arcus mają front porywisty, a chmury Cumulus tuba mają chmury lejkowate lub tornada. Cumulus pileus odnoszą się do chmur cumulus, które rosły tak szybko, że wymusiły formowanie się pileusu nad wierzchołkiem chmury. Chmury Cumulus velum mają welon z kryształków lodu nad rosnącym wierzchołkiem chmury. Występują również cumulus cataractagenitus. Tworzą je wodospady.
Pileus nad szybko wypiętrzającym się Cu Congestusem w okolicach Lublina w 2020 roku
Humilisy najczęściej w warunkach wyżowej pogody
Cumulus humilis zwykle wskazują na dobrą pogodę. Chmury Cu mediocris są podobne, z wyjątkiem tego, że mają pewien pionowy rozwój. Co oznacza, że mogą urosnąć w chmury cu congestus lub nawet cumulonimbus, które mogą powodować ulewne deszcze, błyskawice, silne wiatry, grad, a nawet tornada. Chmury Cu congestus, które wyglądają jak wieże, często przeradzają się w chmury burzowe Cumulonimbus. Mogą wytwarzać opady. Piloci szybowcowi często zwracają baczną uwagę na cumulusy, ponieważ mogą one wskazywać na prądy wznoszące lub termikę pod spodem, które mogą wynieść szybowiec wysoko w niebo. Szybownicy unikają jednak chmur Cumulonimbus, w których mogą występować turbulencje, opady gradu, wyładowania atmosferyczne i niebezpieczne uskoki wiatru. Czytaj najnowsze informacje ze świata pogody na naszej stronie głównej.
Cu humilis mediocris na zdjęciu wykonanym przez naszą redakcje w 2017 w okolicach Parczewa
