Condensarea In Atmosfera Libera

Condensarea în atmosfera liberă (norii)

Nori = sisteme coloidale de produse de condensare (picături de apă) ori de sublimare (cristale/fulgi) ori mixte, aflate în suspensie în atmosferă. Spre deosebire de ceață, norii nu sunt în contact cu suprafața terestră și îmbracă o mare varietate de forme. Pentru geneza lor sunt necesare: suprasaturația și prezența nucleelor de condensare (cristale scheletiforme de săruri higroscopice purtate de vânt și pe continente, suspensiile minerale și organice constituie și ele nuclee de condensare. Nucleele pot fi solubile și insolubile). În atmosfera liberă, suprasaturația se realizează prin: răcirea aerului, datorită destinderii adiabatice (creșterea volumului unui gaz, datorită scaderii presiunii, fară schimb de căldură cu mediul extern); emisiei radiative; amestecului maselor de aer cu temperaturi și umezeli diferite. Cea mai importantă cale este cea a răcirii adiabatice combinată cu emisia radiativă.

Dezvoltarea verticală și structura microfizică a norilor depinde de 4 niveluri caracteristice: a) nivelul de condensare; nivelul suprafeței izotermice de 00C; c) nivelul suprafeței izot. de -400C; d) nivelul convecției

Nivelul condensării corespunde temperaturii aerului care egalizează temperatura punctului de rouă (T = τ; e = E; r>100%). Sub acest nivel, T > τ ; e < E; r , 100%. Deasupra acestui nivel, T < τ, e > E, r > 100%. Scăderea temperaturii cu altitudinea are loc după adiabata uscată (adiabată-curba ce exprimă legătura dintre doi parametri, temp si pres, temp si inalt etc; adiabata care caracterizează schimbarea stării aerului uscat, umed nesaturat, de fapt) sub nivelul de condensare și după adiabata umedă deasupra acestuia. Pentru aceeași cantitate de vapori în unitatea de greutate a aerului, nivelul de condensare variază direct proporțional cu temperatura aerului. În general, nivelul de condensare coincide cu baza norilor (mai vizibil vara).

Nivelul suprafeței izotermice de 00C poate fi situat sub cel de condensare când τ < 00 și deasupra lui când τ > 00; între nivelul de condensare situat mai jos și nivelul 00 situat mai sus, norii sunt alcătuiți din picături de apă nesuprarăcite.

Nivelul suprafeței izotermice de -400 C este situat la altitudini mai sus de care norii sunt alcătuiți exclusiv din cristale de gheață. Între nivelele de 0 și -400, structura microfizică a norilor este mixtă. Astfel, între 0 și -100C (unde o picătură la un milion este înghețată) și chiar între -10 și -300C (unde o picătură la 1000 este înghețată) predomină net picăturile suprarăcite (suprarăcirea-starea apei lichide care se găsește la o temp inferioară punctului de ingheț). Abia între -30 și -400C ponderea picăturilor înghețate crește rapid, pentru ca dincolo de acest prag să fie toate înghețate.

Nivelul de convecție K reprezintă cota la care ajung norii în mișcarea lor ascendentă (vârful), nivelul la care curenții ascendenți sunt diminuați atât de mult încât intră intr+un strat cu stratificație stabilă (cu inversiune de temperatură). K = Δt0 / γa-γe

Clasificarea norilor

1. După criteriul morfologic:

Clasificarea morfologică este cea mai utilizată metodă de determinare a genurilor de nori, cunoscut fiind faptul că în analiza acestora importante sunt: forma, înălțimea, geneza, structura microfizică. Această clasificare împarte norii în genuri, specii și varietăți.

1.1. Cirrus (Ci) – nori separați sub formă de filamente albe, bancuri sau benzi înguste albe.

1.2. Cirrostratus (Cs) – văl noros, transparent și albicios, cu aspect fibros sau neted, producând în general fenomenul de halou (grup de fenomene optice sub formă de inele, de arcuri, coloane etc. produse de reflexiași refracția luminii de către cristalele de gheață aflate în suspensie în atmosferă).

1.3. Cirrocumulus (Cc) – banc, strat sau pătură subțire de nori albi, fără umbre, compus din elemente foarte mici.

1.4. Altocumulus (Ac) – banc, strat sau pătură de nori albi / cenușii având în general umbre proprii. Emenentele componente au forme de lamele, rulouri etc.

1.5. Altostratus (As) – pânză sau strat noros de culoare cenușie sau albăstruie, cu aspect striat, fibros sau uniform, acoperind total sau parțial cerul și prezentând părți suficient de subțiri pentru a lăsa să se vadă Soarele, cel puțin vag, ca printr-un geam mat.

1.6. Nimbostratus (Nb) – pânză noroasă cenușie, adesea întunecată, al cărei aspect devine difuz din cauza căderilor de ploaie sau zăpadă.

1.7. Stratocumulus (Sc) – banc, strat sau pături de nori cenușii sau albicioși, sub forme de dale, rulouri, bolovani.

1.8. Stratus (St) – pânză noroasă în general cenușie, cu baza uniformă, putând da naștere la burniță, ace de gheață sau zăpadă grunțuroasă.

1.9. Cumulus (Cu) – nori separați în general denși și cu contururi bine determinate (mameloane, cupole, turnuri).

1.10. Cumulonimbus (Cb) – nor dens și viguros, cu o extindere verticală considerabilă, în formă de munți sau turnuri enorme.

2. Criteriul structurii microfizice:

2.1. Norii formați din cristale de gheață – sunt cei dezvoltați deasupra nivelului de -400C, la înălțimi de peste 6000 de metri, adică genurile Ci, Cs, Cc. Acestora li se adaugă vârfurile formate din cristale ale norilor Cu, Cb, As. În semestrul rece această categorie include și vârfurile altor nori.

2.2. Norii formați din picături de apă – sunt cei dezvoltați sub nivelul de 00C, incluzând total sau parțial genurile St, Sc, Ac, Cu.

2.3. Norii cu structură mixtă (de la 0 la -400C) – din care fac parte Ns, Cb, Cu, Ac, As. Din principalii nori cu structură mixtă – Ns și Cb – cad cele mai mari cantități de precipitații.

3. Criteriul genetic

3.1. Norii de convecție termică – iau naștere în urma încălzirii puternice a stratului de aer inferior, care capătă mișcarea ascendentă cu atât mai viguroasă cu cât temperatura lui e mai ridicată. Răcirea adiabatică determină atingerea saturației, suprasaturației și formarea de nori cumuliformi. Norii specifici convecției termice sunt cei din genul Cu (humilis, mediocris, congestus). Când curenții termoconvectivi întâlnesc stratul de izotermie / inversiune, norii nu se mai dezvoltă pe verticală, vârfurile lor aplatizându-se și împrăștiindu-se. Când nu apar izotermii sau inversiuni, norii respectivi capătă dezvoltare verticală și formele caracteristice genului Cb.

3.2. Norii de convecție termodinamică:

3.2.1. Nori de convecție termodinamică orografică – se creează din cauza ascensiunii, obstacolelor montane (Cu, Cb);

3.2.2. Nori de convecție termodinamică frontală –

3.2.2.1. Norii frontului cald (Ci, Cs, As, Ns);

3.2.2.2. Norii frontului rece de ordinul I (Cb, Ns, As, Cs);

3.2.2.3. Norii frontului rece de ordinul II (Cb).

3.3. Norii de undă – se formează datorită mișcării ondulatorii a aerului. Astfel de mișcări apar uneori la limita stratului de inversiune, lungimea undelor fiind aproximativ de 300 m, iar înălțimea de 50 m. La părțile superioare ale undelor, mișcările ascendente favorizează formarea norilor, iar la cele inferioare dispariția lor. Norii Ac și Sc astfel formați au aspectul unor benzi paralele. Mișcările ondulatorii apar și în cazul deplasării aerului peste lanțuri montane formate din culmi paralele separate de văi. Aceste mișcări și norii pe care-i formează se păstrează adesea și după trecerea obstacolului montan.

3.4. norii de turbulență – se formează sub stratul de inversiune, în masele de aer oceanic umed pătrunse deasupra uscatului și afectate de mișcări turbulente. Ei aparțin de regulă genurilor St și Sc.

3.5. Norii de radiație – iau naștere toamna și iarna din cauza răcirii radiative nocturne a aerului din substratul de inversiune, mai ales când conținutul de vapori și suspensii este mare. Ei aparțin genului St. De regulă dispar ziua și reapar noaptea.

PRECIPITAȚIILE ATMOSFERICE

lect. dr. Ștefan Iordache, Departamentul de Meteorologie-Hidrologie, Universitatea din București

Precipitațiile atmosferice

Sunt particule de apă lichidă ori solidă ce cad din nori, atingând suprafața terestră.

Geneza precipitațiilor atmosferice

Deoarece particulele lichide și solide care alcătuiesc norii au dimensiuni foarte mici, căderea lor este foarte lentă, cei mai slabi curenți ascendenți reușind să le mențină în suspensie. Pentru a cădea pe suprafața terestră este necesar ca particulele respective să crească până când greutatea lor poate învinge forța curenților ascendenți. Creșterea până la astfel de dimensiuni se realizează prin două procese: coalescența (coagularea) și condensarea.

Coalescența este creșterea prin unire a picăturilor de apă care se ciocnesc din cauza: vitezelor de cădere diferite; forțelor de atracție dintre particulele cu sarcini electrice contrare. Contribuie într-o formă nesemnificativă la formarea precipitațiilor.

Condensarea (sublimarea) este principalul proces de creștere a particulelor care alcătuiesc norii până la dimensiuni apte să genereze precipitații. Procesul respectiv are loc numai în condiții de suprasaturație cu vapori a aerului din jurul particulelor ce alcătuiesc norul, condiții care depind atât de diferența de mărime și de temperatură dintre acestea, cât și mai ales de starea lor de agregare.

Orice nor este un sistem coloidal, picăturile și cristalele formând faza dispersă, iar aerul – mediul de dispersie.

În cazul când norul este alcătuit numai din picături sau numai din cristale cu dimensiuni de același ordin, el reprezintă un sistem coloidal stabil. Aceasta înseamnă că procesul creșterii particulelor este iposibil sau foarte dificil. Astfel, norii superiori Ci, Cs, Cc sunt atât de stabili încât nu generează niciodată precipitații. La fel de stabili sunt și Ac, formați de regulă din picături foarte fine de apă. Stabilitate mare au și St și Sc care dau precipitații slabe numai când sunt afectați de mișcări turbulente ce favorizează coalescența.

În cazul când norul este alcătuit din picături și/sau cristale de dimensiuni diferite, el reprezintă un sistem coloidal instabil. În norii formați din picături de apă cu dimensiuni diferite, aceeași tensiune a vaporilor asigură condiții de subsaturație pentru picăturile mici (cu curbură mare) și de suprasaturație pentru picăturile mari cu curbură mică. Drept consecință, cele dintâi se evaporă asigurând în continuare suprasaturația necesară creșterii celor din urmă. Cea mai puternică instabilitate se înregistrează însă în norii de mare dezvoltare verticală în care coexistă cele trei faze ale apei. Întrucât tensiunea de saturație deasupra gheții este mai mică decât deauspra apei (Eg<Ea), aerul din jurul picăturilor de apă poate fi nesaturat cu vapori, pe când cel din jurul cristalelor este suprasaturat. Drept urmare, cristalele cresc (prin sublimarea vaporilor din jur), iar deficitul de saturație din jurul picăturilor se accentuează creând condiții pentru continuarea evaporării acestora. Are loc deci un permanent transfer de vapori care asigură creșterea cristalelor de gheață pe seama evaporării picăturilor de apă. Aceste este efectul Bergeron. El este caracterizat mai ales pentru norii cu structură microfizică mixtă Ns și Cb, care dau cele mai mari cantități de precipitații. Este prezent însă și în norii Cu congestus și mai puțin în As. În cazul As, ninsorile sunt slabe, iar ploile de asemenea slabe se evaporă înainte de a ajunge la suprafața terestră (virga).

Rezultă deci că cel puțin în regiunile temperate, orice ploaie însemnată cantitativ este la început zăpadă. Aceasta se datorează creșterii cristalelor prin efectul Bergeron și unirea lor în aglomerație prin coliziune și agățare. Starea de agregare a precipitațiilor care ajung la suprafața terestră depinde de temperatura stratului de aer dintre aceasta și baza norilor. Când temperatura este suficient de mare pentru a topi în întregime fulgii, rezultă ploaia; când topirea este parțială, rezultă lapovița; când nu există topire, rezultă ninsoare.

Clasificarea precipitațiilor

1. Criteriul genetic

Precipitațiile termoconvective – au caracter de aversă, cad pe suprafețe nu prea întinse din nori Cb și sunt însoțite de oraje. Sunt caracteristice mai ales regiunilor ecuatoriale.

Precipitațiile frontale

Precipitațiile frontului cald – au durate mari, intensități medii și cad din Ns și As pe suprafețe mari;

Precipitațiile frontului rece – averse cu durata mică și intensitate mare. Cad din Cb pe suprafețe înguste, însoțite de vijelii și oraje;

Precipitațiile frontului oclus – combinate;

Precipitațiile orografice – se datorează convecției dinamice provocate de ascensiunea forțată a maselor de aer pe pantele munților (averse).

2. Criteriul sinoptic:

Precipitațiile din interiorul aceleiași mase de aer;

Precipitațiile frontale;

3. Criteriul duratei și al intensității:

Precipitații generalizate, căzute din Ns și As; intensități moderate pe suprafețe mari;

Aversele – provenite din Cb și Cu;

Burnițele, provenite din nori inferiori St și Sc, în interiorul maselor de aer stabil, având picături foarte fine și intensități reduse.

4. Criteriul stării de agregare:

. Precipitații lichide – ploaia, aversa de ploaie, ploaia care îngheață, burnița, burnița care îngheață;

. Precipitații solide – ninsoarea, aversa de ninsoare, măzărichea moale, măzărichea tare, zăpada grăunțoasă, granulele de gheață, grindina, acele de gheață;

Precipitații mixte – lapovița, aversa de lapoviță.