ΥΔΡΟΣΥΜΠΥΚΝΩΣΕΙΣ – ΝΕΦΗ - ΝΕΦΩΣΗ

Στόχος του κεφαλαίου είναι να: εξηγήσουμε τον σχηματισμό των υγρών σταγόνων και των παγοκρυστάλλων στα σύννεφα εξηγήσουμε τον τρόπο με τον οποίο οι σταγόνες και οι κρύσταλλοι αναπτύσσονται σε μέγεθος ικανό να δημιουργήσουν βροχή

Στη Β’ Γυμνασίου μάθαμε ότι όταν η θερμοκρασία του αέρα πέσει αρκετά, τότε ο αέρας υγροποιείται. Είτε με ακτινοβολία είτε με μεταφορά σε ψυχρότερη περιοχή είτε με αδιαβατική εκτόνωση, ο υγρός ατμοσφαιρικός αέρας είναι δυνατόν να ψυχθεί και μέρος των υδρατμών να υγροποιηθεί. Κάθε ορατό σύνολο από υδροσταγονίδια ή/και παγοκρυστάλλια που αιωρείται στην ατμόσφαιρα λέγεται νέφος.

Συγκεντρώσεις CCN/cm3 πάνω από: Για να γίνει όμως η συμπύκνωση των υδρατμών, πρέπει να υπάρχουν και κάποιοι ‘υποκινητές’. Αυτοί είναι κάποια σωματίδια που αιωρούνται στην ατμόσφαιρα. (Cloud Condensation Nuclei) Αυτά μπορεί να είναι σκόνη, θαλασσινό αλάτι, προϊόντα χημικών αντιδράσεων (π.χ. Sulphates). Συγκεντρώσεις CCN/cm3 πάνω από: ξηρά: 500 ωκεανούς: 100 Τι θα σημαίνει το παραπάνω για τα διάφορα μεγέθη σταγόνων πάνω από διαφορετικές περιοχές;

Ταξινόμηση των νεφών Ανάλογα με τον τρόπο σχηματισμού τους: Ατμοσφαιρικών διαταράξεων Ανοδικών ρευμάτων Ορογραφικά Μετωπικά Ανάλογα με το ύψος τους: Κατώτερα (μέχρι περίπου 2 km) Μέσα (2 μέχρι περίπου 6 km) Ανώτερα (μεγαλύτερο των 7 km) Κατακόρυφης ανάπτυξης

Νέφωση (cloud cover) Είναι το ποσοστό της έκτασης του ουράνιου θόλου που είναι καλυμμένος με νέφη. Διεθνώς, εκφράζεται σε όγδοα καλυμμένου ουρανού.

Υδροσυμπυκνώσεις μικρής κλίμακας Η δρόσος (dew) συμπύκνωση υδρατμών λόγω θερμικής ακτινοβολίας προς διάστημα αν θ<0°C μετά την συμπύκνωση  παγωμένη δρόσος Ιδιαίτερης σημασίας για τη γεωργία ευνοϊκές συνθήκες: καθαρός ουρανός τη νύχτα, άπνοια, μεγάλη τιμή υγρασίας Πάχνη (Frost) αν θ<0°C σχηματισμός παγοκρυστάλλων καταστρεπτική για τα φυτά άπνοια, καθαρός ουρανός, αρκετά χαμηλή θ/σία Ομίχλη (Fog) Ομίχλη ακτινοβολίας Ομίχλη μεταφοράς Ομίχλη βουνών Ομίχλη εξάτμισης ή θαλάσσιος καπνός

Υετός Το σύνολο των κατακόρυφων -κυρίως-κατακρημνισμάτων σε μορφή: βροχής, χιονιού, χαλάζης κ.ά.

Βροχή Είδαμε ότι όταν ο αέρας κρυώσει αρκετά, έχουμε συμπύκνωση των υδρατμών σε υδροσταγονίδια. Όταν πολλά υδροσταγονίδια ενωθούν, σχηματίζονται υδροσταγόνες. Όταν το μέγεθος τους γίνει τέτοιο ώστε το βάρος τους να είναι μεγαλύτερο από την άνωση, τότε πέφτουν στο έδαφος.

Όπως γνωρίζουμε, όλα τα νέφη δεν είναι βροχοφόρα Όπως γνωρίζουμε, όλα τα νέφη δεν είναι βροχοφόρα. Το αν θα είναι ή όχι εξαρτάται από τους εξής παράγοντες: η συνύπαρξη των τριών φάσεων του νερού στο νέφος η ύπαρξη διαφοράς θερμοκρασίας μεταξύ γειτονικών περιοχών μέσα στο νέφος η ύπαρξη αναταρακτικών κινήσεων μέσα στο νέφος η ποσότητα νερού που πέφτει σε μια επιφάνεια εκφράζεται με το «ύψος βροχής» που μετριέται σε mm (1 mm=1kgr∙m-2).

Για τη μέτρηση της βροχής, χρησιμοποιούμε τους βροχογράφους ή βροχόμετρα:

Χιόνι Προϋπόθεση για να φτάσει το χιόνι στο έδαφος είναι το στρώμα μεταξύ του νέφους και του εδάφους να έχει θερμοκρασία μικρότερη από 0 °C. Η γραμμή των αιώνιων χιόνων έχει μεγάλη σημασία, γιατί η μετατόπιση της δηλώνει αξιόλογη κλιματική μεταβολή. Μεγάλη σημασία έχει η ημερομηνία της 1ης και της τελευταίας χιονόπτωσης μέσα στο έτος για γεωργικούς –ιδιαίτερα- σκοπούς.

Υδροσταγονίδια Παγοκρυστάλλοι Υδροσταγονίδια Παγοκρυστάλλοι Θερμά στρώματα Λιγότερο θερμά Θερμά στρώματα Στρώματα όπου θ<0 °C εξάτμιση βροχή βροχή χαλάζι

Nόμος του Fick ή νόμος της διάχυσης Βαθμίδα συγκέντρωσης Ροή ανά μοναδιαία επιφάνεια Συντελεστής διάχυσης

Taken from: Α Short Course in Cloud Physics, Rogers & Yau

Γνωρίζουμε ότι: 1 νεφοσταγονίδιο έχει ακτίνα ~0,01 mm όταν όλα τα νεφοσταγονίδια είναι όμοια, δεν υπάρχει κάποια διεργασία στο νέφος όταν εμφανιστούν κάποια ηγετικά νεφοσταγονίδια, τότε διαταράσσεται η ισορροπία

Δεν γνωρίζουμε ακριβώς: πώς γίνεται η συνένωση των νεφοσταγονιδίων, αφού διαταραχθεί η ισορροπία ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~ Διάφορες θεωρίες έχουν προταθεί: Θεωρία Bergeron-Findeisen Θεωρία σύγκρουσης και συνένωσης νεφοσταγονιδίων

Θεωρία Bergeron-Findeisen Μόνο για την περίπτωση που το βροχοφόρο νέφος περιέχει υδροσταγονίδια και παγοκρυστάλλια μαζί Η συνύπαρξη τριών φάσεων του νερού (υδρατμοί, νεφοσταγονίδια, παγοκρύσταλλοι) έχει σαν αποτέλεσμα την συνεχή ροή υδρατμών από τα νεφοσταγονίδια σε υπέρτηξη (super-cooled droplets) προς τα παγοκρυστάλλια.

Γιατί υπάρχει αυτή η ροή; Η μέγιστη τάση των υδρατμών πάνω από πάγο είναι σημαντικά μικρότερη από τη μέγιστη τάση των υδρατμών πάνω από νερό σε υπέρτηξη.

Αποτέλεσμα της ροής υδρατμών προς τα παγοκρυστάλλια Τα παγοκρυστάλλια αυξάνουν συνεχώς το μέγεθος τους σε βάρος των νεφοσταγονιδίων Για να αυξηθεί η διάμετρος ενός νεφοσταγονιδίου ή παγοκρυστάλλου από 0,01 mm σε 0,2 mm χρειάζονται 5 λεπτά. Για να διπλασιαστεί περαιτέρω, χρειάζονται 3 ώρες.

Θεωρία σύγκρουσης και συνένωσης (Collision and coalescence theory) Σε ένα νέφος υπάρχουν μόνο νεφοσταγονίδια, διαφορετικού μεγέθους Τα μεγαλύτερα έχουν μικρότερη τάση υδρατμών στην επιφάνεια τουςδημιουργείται μια συνεχής ροή από τα μικρότερα προς τα μεγαλύτερα

Το μέγεθος των τελικών βροχοσταγόνων εξαρτάται από: Τα σταγονίδια αυτά αυξάνουν περισσότερο το μέγεθος τους, μέσω συγκρούσεων με άλλα και ανοδικές κινήσεις σε ορισμένα νέφη Όταν το βάρος ξεπεράσει κάποια τιμή, πέφτουν, με νέες συγκρούσεις και συνενώσεις Το μέγεθος των τελικών βροχοσταγόνων εξαρτάται από: κατακόρυφη ανάπτυξη του νέφους ταχύτητα ανοδικών κινήσεων μέσα στο νέφος