Jesienią coraz mniej światła słonecznego dociera do powierzchni ziemi. Wynika to z faktu skracania się dnia oraz coraz częstszych dni pochmurnych z opadami deszczu lub śniegu, a także zamgleniami i mgłami. U wielu osób powoduje to jesienną chandrę, uczucie zmęczenia oraz zmniejszenie chęci do podejmowania codziennej aktywności. Jednak są również takie osoby, które po letniej pogodzie szukają pewnej odmiany właśnie w tego typu aurze. W poniższym artykule po lupę zostaną wzięte chmury, które jesienią najczęściej „psują” pogodę – a więc Stratus, Stratocumulus i Nimbostratus, a także kryteria określania wielkości zachmurzenia na niebie.
Typowa jesienna szaruga (fot. Sebastian Kupczyk)
Na wstępie warto przypomnieć definicję chmury. Chmura jest zawiesiną mikroskopijnych kropelek wody (aerozolu), kryształków lodu lub ich mieszaniny, znajdująca się w naszej atmosferze dzięki oddziaływaniu prądów wznoszących lub mikroturbulencji. Powstaje w wyniku kondesacji pary wodnej (a więc przemiany fazowej wody ze stanu gazowego na stan ciekły) na tzw. jądrach kondensacji (drobnych cząstek stałych zawieszonych w powietrzu), po osiągnięciu temperatury punktu rosy (temperatury, w której para wodna osiąga stan nasycenia). Dla przypomnienia, temperatura punktu rosy jest jedną z najbardziej istotnych wartości przy prognozowaniu rozwoju chmur, a latem szczególnie chmur konwekcyjnych.
Wśród rodzajów chmur można wymienić chmury piętra niskiego – Stratus (skrót – St), Stratocumulus (Sc); średniego – Altostratus (As), Altocumulus – (Ac), Nimbostratus – (Ns); wysokiego – Cirrus (Ci), Cirrostratus (Cs), Cirrocumulus (Cc). Chmury o budowie pionowej – a więc Cumulus (Cu) i Cumulonimbus (Cb), formalnie zaliczane są do piętra niskiego, gdzie zwykle znajduje się ich podstawa. Wśród wymienionych rodzajów chmur – Stratus, Stratocumulus, a także Nimbostratus – szczególnie odpowiadają za jesienną szarugę. Poniżej zostały przybliżone ich charakterystyki.
Rodzaje chmur (źródło: oldweather.org)
Stratus translucidus (fot. Igor Laskowski)
Chmura Stratus stanowi szarą lub jasnoszarą warstwę zawieszoną nisko nad powierzchnią ziemi. Składa się z kropelek wody (lub w niskiej temperaturze – z kryształków lodu) o różnej wielkości. Stratus może powstać w warunkach wyżowej pogody (tzw. zgniły wyż), w której występuje inwersja temperatury na pewnym poziomie w dolnej troposferze (temperatura rośnie wraz ze wzrostem wysokości). Cząstki powietrza, unosząc się w górę troposfery, zaczynają się ochładzać, a ich temperatura zbliża się do temperatury punktu rosy. Wilgoć gromadzi się pod warstwą inwersji i następuje kondensacja pary wodnej, co prowadzi do powstania chmury warstwowej Stratus. Chmura ta może czasami powstać również po „uniesieniu” nocnych i porannych mgieł do warstwy inwersji lub poprzez „rozciągnięcie” chmur Stratocumulus pod nią. Inny sposób powstania Stratusa polega na adwekcji wilgotnego powietrza nad chłodną powierzchnię wody. Stratus powstaje pod warstwą inwersji i jeśli przemieści się nad obszar lądowy, może zostać „zablokowany” od dołu przez warstwę przyziemnej inwersji, zapewniającej jego utrzymanie przez pewien czas.
Stratus fractus (fot. Gerhard Bauer)
W ciągu dnia chmura ta ogranicza dostęp promieni słonecznych do powierzchni ziemi, co prowadzi do zahamowania wzrostu temperatury powietrza w stosunku do obszaru wolnego od chmur. Natomiast w ciągu nocy, Stratus ogranicza wypromieniowanie ciepła z powierzchni ziemi, dzięki czemu pod nim panuje generalnie wyższa temperatura w stosunku do otoczenia wolnego od chmur.
Krawędź dolna chmury najczęściej jest jednorodna (gatunek nebulosus), chociaż zdarza się że jest również postrzępiona z „oderwanymi” fragmentami chmury (gatunek fractus). Czasami może przynosić opady mżawki lub drobnego śniegu. Jeśli warstwa chmury jest wystarczająco cienka, można zauważyć tarczę słoneczną (odmiana translucidus). Grubsza, nieprzeświecająca warstwa i obecna na całym niebie, oznacza odmianę opacus.
Stratocumulus stratiformis perlucidus (fot. Igor Laskowski)
Z kolei chmura kłębiasto-warstwowa Stratocumulus jest najczęściej występującą chmurą na naszej planecie (pokrywa nawet ok. 23% powierzchni oceanów i 12% powierzchni lądów). W odróżnieniu od Stratusa, posiada wyraźnie zmienną podstawę chmur z nierównościami oraz nieregularnymi odcieniami (jeśli występuje pod postacią warstwy). Częściej jednak można ją spotkać pod postacią płatów (szarych lub białych), zrośniętych ze sobą lub nie. Składają się najczęściej z kropelek wody (czasami przechłodzonych), rzadziej z kryształków i płatków śniegu. Chmurze tej towarzyszyć mogą również słabe opady deszczu lub śniegu.
Cumulus mediocris wraz ze Stratocumulusem cumulogenitusem. (źródło: Kontakt TVN24)
Stratocumulus powstaje najczęściej pod warstwą inwersji w warunkach wielkoskalowego osiadania powietrza w równowadze stałej. Może powstać również z chmury Stratus jak i Cumulus. W pierwszym przypadku (Stratocumulus stratiformis), dzieje się tak poprzez zwiększenie miąższości (grubości warstwy) chmur pod warstwą inwersji. W drugim przypadku (Stratocumulus cumulogenitus), powstaje poprzez rozlanie się wierzchołków chmury Cumulus o niewielkiej rozciągłości pionowej w momencie osiągnięcia przez nią poziomu równowagi (EL), a więc poziomu w troposferze, gdzie temperatura unoszonej cząstki powietrza zrównuje się z temperaturą otoczenia. Powstaje wtedy gruba warstwa chmury Stratocumulus. Spektakularnym przypadkiem może być dzień 22 października 2011 r., kiedy to w niektórych miejscach w Polsce można było zaobserwować niewielkie Cumulusy, wraz z rozlanymi „kowadłami” Stratocumulusów. Całość mogła przypominać nawet schodzący lej kondensacyjny.
Nimbostratus pannus (fot. Stefan Bauer)
Nimbostratus stanowi z kolei ciemną, szarą warstwę chmur, składającą się z kropelek wody, kryształków lodu lub mieszaniny tych cząstek. Przynosi ona ciągłe, słabe lub umiarkowane opady deszczu bądź śniegu bez wyładowań atmosferycznych. Z tego powodu czasami bywa obiektem żartów wśród łowców burz. Podstawa tej chmury, zwykle dość postrzępiona, rozpoczyna się od piętra niskiego, natomiast największa miąższość (grubość warstwy) znajduje się w piętrze średnim, dlatego często klasyfikowana jest właśnie do piętra średniego (czyli wysokości troposfery od 2 do 7 km). Pod podstawą, często niedaleko powierzchni ziemi, obserwowane są „odcięte” chmury pannus, nazywane również „scud cloud” lub „fractus”.
Stosowane symbole określania wielkości zachmurzenia (źródło: wikimedia.org)
Poszczególne chmury posiadają swoje gatunki i odmiany, różniące się także pod względem sposobu powstawania. Dlatego też chmury mogą przybierać różne kształty, które „płynąc” po niebie obrazują przebieg „życia” w postaci przemian fizycznych wody. Szczególnie można to zaobserwować na ujęciach w technice timelapse, których w sieci jest coraz więcej. Przykłady: link 1, link 2, link 3, link 4.
Wielkość zachmurzenia mierzona jest w sposób wizualny (subiektywny), a więc poprzez obserwacje terenowe wykonywane przez obserwatorów, głównie na stacjach synoptycznych I rzędu. Zachmurzenie określane (nie mierzone!) jest w oktantach, dzielące widoczny nieboskłon pod względem stopnia pokrycia chmurami na 8 części (dawniej 10 części), przy czym: 0/8 stanowi niebo bezchmurne, a 8/8 – niebo całkowicie zachmurzone. Odnotowanie choćby najmniejszego zachmurzenia raportowane jest już jako 1/8, a odnalezienie choćby najmniejszego punktowego obszaru nieba wolnego od chmur stanowi 7/8. Małe zachmurzenie określane jest w zakresie od 1 do 3 oktantów, umiarkowane – od 4 do 5 oktantów, natomiast zachmurzenie duże stanowi powyżej 6 oktantów (wg K. Kożuchowskiego, 2012). W przypadku jeśli obserwacja nieba jest niemożliwa np. ze względu na gęstą mgłę, wtedy należy zaznaczyć, że niebo jest niewidoczne (liczba „9”).
Należy dodać, że ze względu na zróżnicowaną odległość chmur od obserwatora, jak i ich pionowej wysokości i rozciągłości kątowej nad horyzontem, zachmurzenie obserwowane z powierzchni ziemi daje jedynie przybliżony obraz faktycznego stanu zachmurzenia. W praktyce wygląda to tak, że przerwy, które występują między chmurami znajdującymi się nisko nad horyzontem, mogą nie zostać zaobserwowane z danego punktu obserwacyjnego.
Wielkość zachmurzenia, jak i poszczególne rodzaje, odmiany i gatunki chmur określone są odpowiednimi symbolami w kluczu SYNOP zatwierdzonym przez Światową Organizację Meteorologiczną (WMO). Spolszczona wersja klucza SYNOP, w tym kryteria raportowania zachmurzenia (odpowiednio strony nr 10 i 33), dostępna jest pod tym linkiem.
