Spoglądając z kosmosu na nasz ziemski glob pierwsze, co rzuca się w oczy, to niebiesko-białe zabarwienie tego małego kamyka. Niebieski pochodzi oczywiście od mórz i oceanów, biały natomiast od chmur. No właśnie - czym właściwie są chmury? Widzimy je niemal codziennie nad naszymi głowami, w codziennym pośpiechu nie zwracając na nie uwagi wiedziemy nasze życie poniżej tych puchatych kłębków. Mimo, że od dawna zaprzątały uwagę setek ludzi, pobudzały naszą wyobraźnię, indukowały marzenia i wizje puchatych krain powoli wędrujących w niebiosach, położonych na mięciutkim puchu, do dziś nie do końca poznaliśmy wszystkie mechanizmy związane z istnieniem chmur.

Jako, że istnienie chmur na bezpośredni wpływ na nasze życie gdyż w zasadzie decyduje czy pojedziesz dziś do szkoły/pracy rowerem/samochodem/tramwajem zabierając ze sobą parasol/płaszcz przeciwdeszczowy czy też nie, podamy kilka wskazówek na temat tego jak można we własnym zakresie przewidywać pogodę na kilka najbliższych dni na podstawie obserwacji nieba.

Zacznijmy od tego czym w ogóle są chmury i skąd się biorą. Otóż chmury to masy wody w różnych fazach (stanach skupienia). Biorą się one stąd, że nasza ukochana gwiazda bombarduje nas energią w paśmie podczerwieni (popularnie zwaną ciepłem) i ogrzewa całą planetę - morza i oceany, jak również kontynenty i zbiorniki wodne położone na tych kontynentach. Woda paruje w każdym stanie skupienia, nawet zamrożona zmienia się w parę wodną, który to proces nazywamy sublimacją. Jeśli jednak dostarczymy sporą dawkę energii, prędkość parowania jak i ilość odparowywanej wody znacznie wzrośnie. Przełóżcie to teraz na skalę planetarną - parują oceany, rzeki, morza, jeziora, stawy i kałuże. Parują lodowce, czapy lodowe na biegunach, pokrywy lodowe Grenlandii czy Syberii. Proces ten trwa nieustanie, nigdy nie zamiera i jest jednym z głównych czynników mających wpływ na to, jak wygląda nasza planeta.

No więc owa woda sobie paruje. Parując unosi się do góry wraz z rozgrzanym powietrzem. Ale by powstała chmura potrzebny jest jeszcze jeden składnik równania - odpowiednia temperatura tego powietrza. Powstawanie chmur ma ścisły związek z wilgotnością powietrza, czyli ilością wody w danej objętości powietrza. Ilość owej wody zależy od temperatury powietrza - im cieplejsze tym więcej wody jest zdolne 'przechować'. Zawsze istnieje jednak pewna granica, powyżej której para wodna zaczyna się skraplać w miliardy mikroskopijnych kropelek i tworzyć obłoki.

Granica ta nosi nazwę punktu rosy bądź temperatury punktu rosy. Określa się ją jako temperaturę, w której gaz (o danym składzie w danym ciśnieniu) zaczyna podlegać procesowi skraplania (lub resublimacji). W przypadku nisko płynących obłoków bardzo łatwo jest wzrokowo rozpoznać punkt rosy bo jest on dokładnie tam, gdzie znajduje się podstawa chmury (czyli najniższa jej widzialna część). W przypadku wyżej położonych chmur nie jest to takie proste.

Tak więc powyżej punktu rosy temperatura powietrza jest na tyle niska, że ilość wody w nim zawarta jest zbyt duża jak na jego możliwości i para wodna zaczyna się skraplać. Tworzą się kropelki wody, a w wyżej położonych warstwach gdzie temperatura spada poniżej zera - kryształki lodu. W zależności od wysokości, na której występują dane chmury, różni się ich skład, a w zależności od składu chmur różni się ich zewnętrzny wygląd. Rodzaje chmur w zależności od wysokości, na której występują, można podzielić na trzy grupy: wysoką (od 5 do 13 km), średnią (2 do 6 km) oraz niską (0 do 2 km nad ziemią). Czwarta, dodatkowa grupa, to chmury, które są bardzo rozciągnięte pionowo i przechodzące przez kilka 'pięter'.

Zanim przejdziemy do klasyfikacji przypomnę tylko znaczenia łacińskich nazw chmur (w 1803 roku zaproponowanych przez angielskiego chemika Luke'a Howarda):

• cirrus - lok włosów
• stratus - warstwa
• cumulus - stos
• nimbus - ulewa

Piętro wysokie - chmury tutaj występujące to Cirrus, Cirrostratus i Cirrocumulus. Zbudowane są z milionów kryształków lodu a ich temperatura bywa niższa niż -40 stopni Celsjusza.

• Cirrus (Ci) - Kształt włókien lub ptasich piór. Zwiastują nadchodzenie frontu ciepłego. Kształt i kierunek poruszania się tych chmur może być wskaźnikiem siły i kierunku wiatrów na dużych wysokościach. Ni dają opadów deszczu czy śniegu.
  
  
• Cirrocumulus (Cc) - Mają formę małych białych kłębków występujących wysoko na niebie, pojedynczo lub w długich rzędach. Kłębki w rzędach mogą nadawać chmurze specyficzny wygląd rybiej łuski.
  
  
• Cirrostratus (Cs) - tworzą jednolitą, białawą i prawie przeźroczystą cienką zasłonę, przez którą można zobaczyć tarcze Księżyca lub Słońca. Kryształki lodu będące budulcem tej chmury uginają promienie światła co powoduje powstanie tzw. halo wokół tarczy wspomnianych ciał niebieskich. Często zwiastują nadchodzące opady.
  
  

Piętro średnie - Altostratus i Altocumulus, z podstawą na wysokości między 2 a 6 km.

• Altostratus (As) - zbudowane zarówno z kryształków lodu, jak i kropelek wody, pokrywają całe niebo na obszarze o powierzchni kilkuset kilometrów kwadratowych. Słońce przez nie wygląda jakby było za grubym matowym szkłem, rozpraszają one jego światło do tego stopnia, że przedmioty na powierzchni Ziemi nie rzucają cienia. Same w sobie przynoszą niewielkie opady, zapowiadają jednak znacznie większe mające dopiero nadejść.
  
  
• Altocumulus (Ac) - białe, szare lub białe i szare, kłębiaste bądź rozmyte kłębki ułożone w długich rzędach. Zazwyczaj z ciemną, zacienioną podstawą. Bez zacienienia łatwe do pomylenia z Cirrocumulusem - w przypadku wątpliwości należy wyciągnąć przed siebie rękę i wyprostować ją w ramieniu, jeśli kłębki są mniejsze niż szerokość palca to jest to Cirrocumulus.
  
  

Piętro niskie - od powierzchni Ziemi (mgła) do 2000 metrów, najczęściej zbudowane z kropelek wody - Stratus, Stratocumulus i Nimbostratus.

• Stratus (St) - niska warstwa chmur przykrywająca niebo jak koc, rozwijają się w poziomie, mogą powstawać tuż nad ziemią (mgła).
  
  
• Stratocumulus (Sc) - ciemnoszara, kłębiasta warstwa o dużej rozciągłości, zazwyczaj nie dają opadów, często tworzą się po wystąpieniu ulewy.
  
  
• Nimbostratus (Ns) - ciemnoszara, lśniąca warstwa dająca opady deszczu bądź śniegu. Ich miąższość może wynosić nawet 3000 metrów, całkowicie zasłaniają Słońce.
  
  

Chmury o budowie pionowej:

• Cumulus (Cu) - wyglądają jak białe kłębki waty, występują zazwyczaj pojedynczo a między nimi widać sporo niebieskiego nieba, często przyjmują zabawne kształty. Tworzą się dzięki konwekcji cieplnej, mają płaską podstawę i nierówny wierzchołek.
  
  
• Cumulonimbus (Cb) - największa ze wszystkich chmur, najbardziej imponująca a często też najbardziej przerażająca. Wierzchołek może sięgać 12 km (zwracam uwagę, że to wyżej niż Mount Everest) i czasem ma kształt kowadła. Zdarza się, że chmury te wznoszą się na wysokość 18 kilometrów i przenikają do stratosfery. Chmura w niższych warstwach zbudowana jest z kropelek wody, w wyższych z kryształków lodu. Pionowe prądy powietrza wewnątrz tego potwora mogą osiągać prędkość ponad 100 km/h. Przynosi ze sobą grzmoty i błyskawice, czasem tornada.
  
  
  
  
  
  
  

By podsumować typy chmur występujących w naszej atmosferze (troposferze) to:

• Ci - Cirrus
• Cc - Cirrocumulus
• Cs - Cirrostratus
• As - Alstostratus
• Ac - Altocumulus
• St - Stratus
• Sc - Stratocumulus
• Ns - Nimbostratus
• Cu - Cumulus
• Cb - Cumulonimbus

Kolejnym krokiem na drodze do kariery pogodowej wróżki są fronty atmosferyczne. Jak wiemy Ziemia nie jest jednorodna. Kontynenty, oceany, lasy, morza, woda o różnych stopniach zasolenia, prądy oceaniczne - wszystkie te (i wiele innych) elementy nagrzewają się w różnym stopniu w efekcie w różnym stopniu nagrzewając powietrze nad tymi obszarami. W efekcie dostajemy ogromne masy powietrza istotnie różniące się właściwościami fizycznymi (takimi jak temperatura). Masy takie mają tendencję przemieszczania się w różnych kierunkach w zależności od pory roku (czyli od nachylenia globu ziemskiego do słońca), o czym innym razem. Dla nas ważnym czynnikiem jest to, że masy te (o różnych właściwościach) nie mieszają się ze sobą. Zderzają się jednak i mijają a na granicy ich spotkania tworzy się tak zwany front atmosferyczny.

Fronty atmosferyczne dzielimy na zimne i ciepłe.

Front ciepły występuje wtedy, gdy masa ciepłego powietrza spycha chłodną masę napierając na nią 'od góry'. Konkretnie chodzi o to, że ze względu na to, że ciepłe powietrze jest lżejsze od chłodnego, ciepła masa pełznie po chłodnym na górę. Pełzanie jest bardzo energochłonne, w związku czym energia ciepłej masy jest w dużej mierze na nie trwoniona i front nie ma już 'siły' by szybko się przemieszczać. Ciepłe fronty są w związku z tym dość nieruchliwe i ospałe. Powierzchnia frontowa jest pochylona pod dość małym kontem w stosunku do powierzchni ziemi i może rozciągać się nawet na szerokość 1000km. Wszelkie zjawiska pogodowe związane z przechodzeniem tego frontu występują więc na dużym obszarze. Front ciepły na mapach synoptycznych oznacza się czerwoną linią z czerwonymi półkolami.

Front chłodny to front między chłodną masą powietrza nacierającą na ustępującą masę ciepłą. Cięższe chłodne powietrze wsuwa się pod lżejsze, ciepłe. Powietrze nie musi tracić energii na kosztowną wspinaczkę, posiada jej więc na tyle dużo, by przesuwać się bardzo szybko. W dodatku jest to front wąski, szerokości 50-75km. Na mapach synoptycznych oznacza się go niebieską linią z trójkątami.

Jak to w naturze bywa, czasem trzeba w coś "przywalić". Kiedy front ciepły zderza się z frontem chłodnym, mamy do czynienia z tak zwaną okluzją.

Okluzja chłodna - gdy szybki front chłodny dogoni powolny front ciepły i powietrze chłodne za frontem chłodnym jest chłodniejsze od powietrza chłodnego przed frontem ciepłym. Powierzchnia frontu chłodnego wpełza wtedy pod powierzchnię frontu ciepłego wypychając ją do góry.

Okluzja ciepła - gdy szybki front chłodny dogoni powolny front ciepły ale powietrze chłodne za frontem chłodnym będzie cieplejsze od powietrza chłodnego przed frontem ciepłym, powierzchnia frontu chłodnego będzie musiała się wspiąć na powierzchnię frontu ciepłego.

Okluzja na mapach synoptycznych jest oznaczana fioletową linią z półkolami i trójkątami.

W tym momencie mamy wszystkie elementy by zacząć wróżyć.

Kiedy postępuje front ciepły i ciepłe powietrze wspina się na chłodne masy powietrza, pierwszym zwiastunem zmiany pogody będą chmury Cirrus tworzące się wysoko na niebie. Chmury te z czasem gęstnieją i przechodzą w jednorodną warstwę Cirrostratus (linia frontu około 900km od nas). Z czasem przestajemy widzieć tarczę słoneczną. Cirrostratus ustępują i przechodzą w Altostratus a następnie w deszczowe Nimbostratus. Ponieważ prędkość przemieszczania się tego frontu nie przekracza 100km/h, opady mogą trwać około 3 dni. W okolicach frontu opady ustają a ciepłe powietrze napływające przy podłożu powoduje powstawanie mgieł (tzw. adwekcyjnych). Pogoda się stabilizuje.

Ciąg chmur, które zwiastują ten front to kolejno: Cirrus -> Cirrostratus -> Altostratus -> Nimbostratus.

Gdy przechodzi front chłodny, pierwszymi zwiastującymi go chmurami są Altocirrus typu Lenticularis (w kształcie soczewki). Chmury te są wynikiem atmosferycznego odpowiednika przeciągnięcia ręką po wodzie. Kiedy włożymy rękę do wody i ją przesuniemy, przed ręką powstanie lekkie zafalowanie. Dokładnie w taki sam sposób faluje powietrze pchane przed sobą przez zimny front. Objawem tego zafalowania są właśnie te chmury. Na samym czole frontu mamy naszego króla - chmurę Cumulonimbus, który zasysa ciepłe powietrze (wyrzucając je wysoko w górę) czyszcząc je przy okazji z wszelkich zawiesin (dlatego po przejściu tego frontu wzrasta widoczność). Wzmaga się wtedy wiatr i zmienia kierunek na przeciwny. Frontowy Cumulonimbus jest znacznie potężniejszy i żyje dłużej od tych powstałych w jednorodnych masach powietrza w skutek lokalnego podgrzania podłoża. Następuje burza, która jednak szybko mija. Na horyzoncie natomiast widać już kolejne chmury, nazywane błędnie frontem wtórnym, a będące w rzeczywistości efektem chwiejności w chłodnej masie powietrza - tym mniejszej im dalej za nami jest front. Chmury tutaj występujące to zazwyczaj Cumulonimbusy a później Cumulusy.

W przypadku zarówno okluzji chłodnej jak i ciepłej powstaje zachmurzenie charakterystyczne dla obydwu rodzajów frontów.

Dodatkowo:

• Chmury Cirrus nadciągające od zachodu i gęstniejące w chmury typu Cirrostratus i Altostratus, jak już napisałem, wróżą front ciepły i zmianę pogody. Chmury Cirrus nadciągające od wschodu bądź rzadko rozrzucone po niebie wróżą utrzymanie się dobrej pogody.
• Cirrocumulusy stopniowo gęstniejące lub pokrywające całe niebo są zapowiedzią przelotnych opadów, silnych wiatrów i ochłodzenia.
• Chmury Altocumulus Castelanus (z "wieżyczkami") wróżą silny wiatr i sztorm na morzu.
• Altocumulusy szybko gęstniejące, nadciągające z północnego zachodu są w lecie zapowiedzią niżu i frontu chłodnego. Jeśli jednak chmury te są rzadkie (nie tworzą ławic) i rozrzucone po niebie i powolne znaczy to, że będzie dobra pogoda.
• Cumulusy, pojawiające się koło południa i znikające wieczorem są zapowiedzią dobrej pogody (lokalne nagrzewanie gruntu).
• Cumulonimbus widoczny na horyzoncie ze szczytem w kształcie kowadła przynosi burzę i silne opady.
• Ruch chmur w kierunku przeciwnym do kierunku wiania wiatru zapowiada front chłodny.
• Kilka różnych rodzajów chmur poruszających się w różnych kierunkach zapowiada silne wiatry i opady.
• Jeśli pojawieniu się Cirrostratusów towarzyszy spadek ciśnienia pogorszenie pogody nastąpi w ciągu doby. Altocumulus - jeśli towarzyszy im obniżanie się ciśnienia nastąpi pogorszenie pogody; ich pojawienie się przy złej pogodzie oznacza jej poprawę jednak ze znacznym oziębieniem.
• Stratus - chmura spokojnej pogody, zwiastuje mżawkę.
• Cumulusy to ogólnie chmury dobrej pogody, lecz gdy pojawią się wcześnie przed południem, są wypiętrzone i zajmują znaczne połacie nieba, może po południu przejść krótkotrwała burza termiczna.

Oczywiście sama obserwacja chmur to często za mało - w życiu rzadko zdarza się by obserwacje były jednoznaczne. By zwiększyć dokładność prognozy należy wspomóc się innymi obserwacjami. Jeśli chcecie o nich poczytać - dajcie znać na gaja[na]nowyolimp.net

Jako ciekawostkę dodam, że można również 'wróżyć' ze smug kondensacyjnych, które samoloty pozostawiają na niebie. Jeśli smuga nie ulegnie rozmyciu to znaczy, że warunki pogodowe nie zmienią się przez najbliższy czas.

źródła:

http://inspectapedia.com/Energy/Dew_Point_Tables.htm

http://www.weatherpictures.nl/pictures/

http://science-edu.larc.nasa.gov/SCOOL/nimbostratus.html

http://www.spireweather.co.uk/?page_id=119

http://meteorologiaonline.republika.pl/fronty.html

http://www.wiking.edu.pl/article.php?id=30