69
Vanduo atmosferoje Vandens apytakos rato dalys ir procesai. Pateiktas metinis vandens kiekis, dalyvaujantis apytakos procese

Vanduo atmosferoje - VU Hidrologijos ir klimatologijos katedra · Vanduo atmosferoje Vandens apytakos rato dalys ir procesai. Pateiktas metinis vandens kiekis, dalyvaujantis apytakos

  • Upload
    others

  • View
    4

  • Download
    0

Embed Size (px)

Citation preview

Page 1: Vanduo atmosferoje - VU Hidrologijos ir klimatologijos katedra · Vanduo atmosferoje Vandens apytakos rato dalys ir procesai. Pateiktas metinis vandens kiekis, dalyvaujantis apytakos

Vanduo atmosferoje

Vandens apytakos rato dalys ir procesai. Pateiktas metinis

vandens kiekis, dalyvaujantis apytakos procese

Page 2: Vanduo atmosferoje - VU Hidrologijos ir klimatologijos katedra · Vanduo atmosferoje Vandens apytakos rato dalys ir procesai. Pateiktas metinis vandens kiekis, dalyvaujantis apytakos

Unikalios vandens savybės

1. Beveik visų skysčių tankis maţėjant temperatūrai didėja, tuo tarpu vandens tankio

maksimumas 4° C temperatūroje – tai apsaugo vandens telkinius nuo peršalimo iki

dugno.

2. Vandens specifinė šiluma (šilumos kiekis reikalingas 1 g masės kūno temperatūrą

pakelti 1 °C) viena didţiausių tarp visų skystų medţiagų (didesnė tik NH3), o tai

sumaţina veikliojo paviršiaus ir oro temperatūros svyravimus.

3. Vandens molekulinis klampumas yra maţesnis nei didţiosios dalies skysčių (prie tos

pačios temperatūros), todėl vandens srovės gali lengvai ir palyginus greitai išlyginti

slėgių skirtumą.

4. Vandens slaptoji garavimo ir lydymosi šiluma yra viena didţiausių iš visų skysčių

(vėlgi didesnė tik NH3), kas lemia didelį šilumos ir drėgmės pernašos procesų

intensyvumą.

Page 3: Vanduo atmosferoje - VU Hidrologijos ir klimatologijos katedra · Vanduo atmosferoje Vandens apytakos rato dalys ir procesai. Pateiktas metinis vandens kiekis, dalyvaujantis apytakos

5. Tai, kad vandens paviršiaus įtempimo jėga yra didţiausia tarp visų skystų medţiagų,

labai svarbu debesų lašelių formavimuisi ir vystymuisi.

6. Vandenyje tirpsta daugelis cheminių medţiagų, be to jame daţniausiai ištirpsta

didesni medţiagų kiekiai nei kituose tirpikliuose.

Page 4: Vanduo atmosferoje - VU Hidrologijos ir klimatologijos katedra · Vanduo atmosferoje Vandens apytakos rato dalys ir procesai. Pateiktas metinis vandens kiekis, dalyvaujantis apytakos

Garavimas

Garavimas – vandens perėjimas iš skysto į dujinį būvį. Vandens garai patenka į

atmosferą dėl garavimo nuo vandens ir dirvos paviršiaus, o taip pat dėl transpiracijos.

Transpiracija - fiziologinis procesas susijęs su vandens garinimu iš augalų.

Ore vandens molekulės sklinda:

molekulinės difuzijos būdu

turbulencinės difuzijos būdu

Garavimo greitis yra išreiškiamas

vandens sluoksniu (mm) išgaravusiu

per laiko vienetą nuo nagrinėjamo

paviršiaus.

Page 5: Vanduo atmosferoje - VU Hidrologijos ir klimatologijos katedra · Vanduo atmosferoje Vandens apytakos rato dalys ir procesai. Pateiktas metinis vandens kiekis, dalyvaujantis apytakos

Garavimas daugiausia priklauso nuo

sočiųjų vandens garų slėgio (E) ir esamo

vandens garų slėgio ore (e) skirtumo

(Daltono dėsnis).

p

e - Ek = V

Galinčio išgaruoti vandens kiekis.

Energijos kiekis, kurį gauna garuojantis

paviršius. Vienam vandens gramui išgarinti

reikia 2200–2500 J energijos.

Oro drėgnumas. Kuo oras sausesnis, tuo

intensyvesnis garavimo procesas.

Garavimas nutrūksta tada, kai oras virš jo

tampa prisotintas.

Vėjo greitis virš garuojančio paviršiaus.

Turbulencijos metu vandens garai

nunešami nuo paviršiaus, o virš jo

atsiranda sausesnis oras. Dėl to garavimo

procesas nesilpnėja.

Atmosferos slėgis. Atmosferos slėgiui

maţėjant, garavimo greitis auga (jei kitos

sąlygos nesikeičia).

Garavimo nuo paklotinio paviršiaus greitį

bei išgaravusio skysčio kiekį reguliuoja

penki svarbiausi veiksniai:

k – proporcingumo koeficientas iš dalies

priklausantis ir nuo vėjo greičio

Page 6: Vanduo atmosferoje - VU Hidrologijos ir klimatologijos katedra · Vanduo atmosferoje Vandens apytakos rato dalys ir procesai. Pateiktas metinis vandens kiekis, dalyvaujantis apytakos

Kondensacija

Kondensacija – vandens perėjimas iš dujinio į skystą būvį.

Kondensacija prasideda kai oras tampa prisotintas, o tai yra susiję su temperatūros

pažemėjimu arba daug rečiau su vandens garų kiekio padidėjimu.

Vandens garų slėgio (e) ir sočiųjų vandens garų slėgio (E) ties vandens

paviršiumi palyginimas fazinių virsmų metu

Page 7: Vanduo atmosferoje - VU Hidrologijos ir klimatologijos katedra · Vanduo atmosferoje Vandens apytakos rato dalys ir procesai. Pateiktas metinis vandens kiekis, dalyvaujantis apytakos

veikliojo paviršiaus ir prieţeminio oro

sluoksnio atvėsimo dėl efektyviojo

spinduliavimo;

šilto oro kontakto su šaltu veikliuoju

paviršiumi;

prisotintų arba artimų prisotinimui dviejų

oro masių, kurių temperatūros skirtingos,

maišymosi;

adiabatinio oro kilimo.

Oro temperatūra oro masėje iki rasos taško gali nukristi dėl šių

pagrindinių priežasčių:

Page 8: Vanduo atmosferoje - VU Hidrologijos ir klimatologijos katedra · Vanduo atmosferoje Vandens apytakos rato dalys ir procesai. Pateiktas metinis vandens kiekis, dalyvaujantis apytakos

Kondensacijos branduoliai

Kondensacijos branduoliai – tai higroskopiškumu pasiţyminčios smulkiausios tirpių

arba netirpių medţiagų dalelės, aplink kurias formuojasi vandens lašai.

Pagal dydį kondensacijos branduoliai

skirstomi:

1. Aitkeno branduoliai (r<0,1 m)

kondensacijos procesuose atmosferoje

praktiškai nedalyvauja;

2. Debesų kondensacijos

branduoliai (0,1<r<1,0 m) yra pagrindiniai

kondensacijos branduoliai atmosferoje;

3. Gigantiškųjų branduolių

(1,0<r<3,5 m) ore yra nedaug, aplink juos

formuojasi stambūs lašai debesyse.

Pagrindiniai kondensacijos branduolių šaltiniai: dulkės, miškų gaisrų produktai,

vulkanų išmetimai, jūros druskos, sulfatinės fitoplanktono dalelės, gamyklų dūmai

Sublimacija – vandens garų perėjimas į kietą būvį.

Page 9: Vanduo atmosferoje - VU Hidrologijos ir klimatologijos katedra · Vanduo atmosferoje Vandens apytakos rato dalys ir procesai. Pateiktas metinis vandens kiekis, dalyvaujantis apytakos

Oro drėgnumo

kaita per parą ir

per metus

Dalinio vandens garų slėgio (A) ir santykinio oro drėgnumo (B) vidutinis kitimas per parą Vilniuje: 1

– sausio, 2 – balandţio, 3 – liepos, 4 – spalio mėnesiais.

Page 10: Vanduo atmosferoje - VU Hidrologijos ir klimatologijos katedra · Vanduo atmosferoje Vandens apytakos rato dalys ir procesai. Pateiktas metinis vandens kiekis, dalyvaujantis apytakos

Kondensacijos metu į aplinką išsiskiria šiluma (fazinių virsmų šiluma): kuo

intensyvesnis kondensacijos procesas, tuo didesnis šilumos kiekis išsiskiria.

Kai temperatūra 0 °C, vykstant kondensacijai, išsiskiria 2,50×106 J/kg, kristalizacijai

– 3,34×106 J/kg, sublimacijai – 2,83×106 J/kg šilumos.

Toks pat šilumos kiekis yra sunaudojamas vykstant priešingiems procesams

(garavimui nuo skysto ir kieto paviršiaus bei tirpimui).

Vandens fazinės būklės priklausomybės nuo temperatūros (T) ir slėgio (p) schema

Page 11: Vanduo atmosferoje - VU Hidrologijos ir klimatologijos katedra · Vanduo atmosferoje Vandens apytakos rato dalys ir procesai. Pateiktas metinis vandens kiekis, dalyvaujantis apytakos

Kondensacija prie žemės paviršiaus

Kondensacijos produktai susiformavę priţeminiame atmosferos sluoksnyje arba

ant paklotinio paviršiaus vadinami prieţeminiais hidrometeorais.

Page 12: Vanduo atmosferoje - VU Hidrologijos ir klimatologijos katedra · Vanduo atmosferoje Vandens apytakos rato dalys ir procesai. Pateiktas metinis vandens kiekis, dalyvaujantis apytakos

Rasa. ŠarmaRasa – smulkūs kondensacijos ant

ţemės paviršiaus produktai, daţniausiai

susiformuojantys vakare ar naktį šiltuoju

metų laiku.

Šarma – tai įvairios formos, kelių milimetrų

dydţio ledo kristalai, susidarantys ant

horizontalių paviršių tokiomis pat sąlygomis

kaip ir rasa, tik esant neigiamai veikliojo

paviršiaus temperatūrai

Rasos (šarmos) susiformavimo

prieţastis – dirvos paviršiaus ir augalų

radiacinis atvėsimas iki rasos (šarmos)

taško ir ţemiau.

Būtinos sąlygos:

Giedras dangus

Labai silpnas vėjas

Page 13: Vanduo atmosferoje - VU Hidrologijos ir klimatologijos katedra · Vanduo atmosferoje Vandens apytakos rato dalys ir procesai. Pateiktas metinis vandens kiekis, dalyvaujantis apytakos

Šerkšnas

Šerkšnas – balti purūs kristalai

susidarantys ant medţio šakų,

laidų ir kitų plonų daiktų. Jis

formuojasi didelių šalčių metu

esant rūkui.

Kristalinis šerkšnas –

sudarytas iš plonų siūliškos

formos ledo kristalėlių.

Formavimosi sąlygos:

Temperatūra -11 – -25°C

Silpnas vėjas

Vandens garų sublimacija

Grūdėtasis šerkšnas –

sniego pavidalo purus ledas

Formavimosi sąlygos:

Temperatūra -2 – -7°C

Silpnas vėjas

Rūko lašelių prišalimas

Page 14: Vanduo atmosferoje - VU Hidrologijos ir klimatologijos katedra · Vanduo atmosferoje Vandens apytakos rato dalys ir procesai. Pateiktas metinis vandens kiekis, dalyvaujantis apytakos

Lijundra

Lijundra – tai tankus ledas susiformavęs ant ţemės paviršiaus ar įvairių daiktų dėl

peršaldyto lietaus, dulksnos ar stambių tankaus rūko lašelių prišalimo.

Lijundra daţniausiai formuojasi kai oro temperatūra 0 – -7 °C (retais atvejai gali formuoti

ir prie -15 °C oro temperatūros).

SKAIDRIOJI MATINĖ

Page 15: Vanduo atmosferoje - VU Hidrologijos ir klimatologijos katedra · Vanduo atmosferoje Vandens apytakos rato dalys ir procesai. Pateiktas metinis vandens kiekis, dalyvaujantis apytakos

Plikledis

Plikledis – tai ledo sluoksnis ant ţemės paviršiaus susidaręs po atodrėkio ar

lietaus dėl tolesnio oro atvėsimo bei šlapio sniego, lietaus arba dulksnos

prišalimo prie stipriai atšalusio paviršiaus.

Page 16: Vanduo atmosferoje - VU Hidrologijos ir klimatologijos katedra · Vanduo atmosferoje Vandens apytakos rato dalys ir procesai. Pateiktas metinis vandens kiekis, dalyvaujantis apytakos

Rūkas Rūkas – kondensacijos produktų (lašų, kristalų) sankaupa prie ţemės paviršiaus ir su

tuo susijęs stiprus oro drumstumas, kai matomumas maţesnis nei 1 km. Jei

matomumas nuo 1 iki 10 km, tai reiškinys vadinamas rūkana.

Pagal matomumo nuotolį (MN), rūkas ir

rūkana gali būti skirstomi į kelias

papildomas kategorijas:

2 km < MN < 10 km – silpna rūkana;

1 km < MN < 2 km – stipri rūkana;

500 m < MN < 1000 m – silpnas rūkas;

50 m < MN < 500 m – stiprus rūkas;

MN < 50 m – labai stiprus rūkas.

Rūkai susiformuoja dėl dviejų pagrindinių

prieţasčių:

oro temperatūros paţemėjimo

vandens garų kiekio ore padidėjimo

Page 17: Vanduo atmosferoje - VU Hidrologijos ir klimatologijos katedra · Vanduo atmosferoje Vandens apytakos rato dalys ir procesai. Pateiktas metinis vandens kiekis, dalyvaujantis apytakos

Kadangi pagrindinė rūkų formavimosi prieţastis yra oro atvėsimas, lemiamą

reikšmę rūkų paros eigai turi oro temperatūra: labai aiškiai išryškėja

maksimumas ankstyvą rytą ir minimumas – popiečio valandomis.

Vasaros rytais rūkas išsisklaido labai greitai, o ţiemą rūkas sklaidosi daug lėčiau.

Lietuvoje rūkas daţniausiai susidaro lapkričio-kovo mėnesiais (pajūryje – kovo-geguţės

mėnesiais), o rečiausiai – geguţės-liepos mėnesiais (pajūryje – rugpjūtį).

Page 18: Vanduo atmosferoje - VU Hidrologijos ir klimatologijos katedra · Vanduo atmosferoje Vandens apytakos rato dalys ir procesai. Pateiktas metinis vandens kiekis, dalyvaujantis apytakos

Vėsimo rūkai skirstomi į:

spindulinio vėsimo,

advekcinius

šlaitų

Spindulinio vėsimo rūkams formuotis palankios sąlygos:

didelė santykinė oro drėgmė prieš rūko formavimosi pradţią

giedras dangus

silpnas vėjas prieţeminiame oro sluoksnyje

Spindulinio vėsimo rūkai būna

dviejų tipų:

paţemio (formuojasi giedromis,

maţai vėjuotomis naktimis)

aukštieji (formuojasi šaltuoju

metų laiku stacionariuose

anticiklonuose)

Vėsimo rūkas

Page 19: Vanduo atmosferoje - VU Hidrologijos ir klimatologijos katedra · Vanduo atmosferoje Vandens apytakos rato dalys ir procesai. Pateiktas metinis vandens kiekis, dalyvaujantis apytakos

Advekciniai rūkai formuojasi šiltoje oro masėje judančioje ant šaltesnio

veikliojo paviršiaus.

Advekciniam rūkui formuotis reikalinga:

1) didelė ateinančios oro masės santykinė drėgmė;

2) didelis oro masės ir veikliojo paviršiaus temperatūros skirtumas. Šiuo atveju

oro masė greičiau ir stipriau vėsta;

3) silpnas vėjas prieţeminiame oro sluoksnyje;

4) specifinės oro drėgmės didėjimas (arba nesikeitimas) didėjant aukščiui.

Būtina, kad turbulencinės apykaitos metu iš viršutinių atmosferos sluoksnių

atnešamas oras būtų artimas prisotinimui;

5) oro temperatūros didėjimas inversiniame sluoksnyje neturi būti itin staigus,

nes tuo atveju labai susilpnėja turbulencinė apykaita.

Vasarą advekciniai rūkai dažnesni virš jūros, o žiemą virš sausumos.

Šlaitų rūkas formuojasi dėl

adiabatinio oro atvėsimo ir vandens garų

kondensacijos, oro masei kalvotose

vietovėse kylant į viršų palei šlaitą. Tam,

kad formuotųsi rūkas, atmosfera turi būti

pastoviai stratifikuota, nes priešingu

atveju vystosi ne rūkas, o kamuoliniai

debesys.

Page 20: Vanduo atmosferoje - VU Hidrologijos ir klimatologijos katedra · Vanduo atmosferoje Vandens apytakos rato dalys ir procesai. Pateiktas metinis vandens kiekis, dalyvaujantis apytakos

Garavimo rūkai susidaro jei garuojančio veikliojo paviršiaus temperatūra yra ţymiai

aukštesnė nei oro. Tada garavimas nenutrūks ir orui tapus prisotintam, susidarys

vandens garų perteklius ore, kuris kondensuosis.

Palankios sąlygos garavimo rūkams formuotis susidaro šalto oro advekcijos virš

šilto paklotinio paviršiaus atveju

Temperatūrų skirtumas, būtinas rūkui susiformuoti, priklauso nuo atslenkančios oro

masės prisotinimo laipsnio bei jos judėjimo greičio. Didėjant oro masės

santykinei drėgmei bei maţėjant jos judėjimo greičiui (maţėja vertikalus maišymosi

sluoksnio storis), sumaţėja ir minimalus būtinas temperatūrų tarp garuojančio

paviršiaus ir atslenkančios oro masės skirtumas.

Garavimo rūkas

Page 21: Vanduo atmosferoje - VU Hidrologijos ir klimatologijos katedra · Vanduo atmosferoje Vandens apytakos rato dalys ir procesai. Pateiktas metinis vandens kiekis, dalyvaujantis apytakos

Rudenį arba vasaros naktimis, garavimo rūkai būdingi ir teritorijoms virš nedidelių

vandens telkinių

Garavimo rūkas gali susiformuoti ir vakare po lietaus, esant intensyviam

garavimui nuo dirvos, o orui greitai vėstant.

Garavimo rūko tipui priskirtinas ir frontinis rūkas, susidarantis prieš

praeinant šiltam frontui. Vyksta iškritusių šilto fronto kritulių garavimas, dėl kurio

labai išauga drėgmės kiekis šaltoje oro masėje.

Page 22: Vanduo atmosferoje - VU Hidrologijos ir klimatologijos katedra · Vanduo atmosferoje Vandens apytakos rato dalys ir procesai. Pateiktas metinis vandens kiekis, dalyvaujantis apytakos

Maišymosi rūko formavimasį aiškinanti schema

Dar vienas rūkų susidarymo mechanizmas yra dviejų oro masių su skirtingomis

termohigrometrinėmis savybėmis maišymasis.

Maišymosi būdu rūkas gali

susidaryti tik esant gan

dideliam besimaišančių oro

masių temperatūrų skirtumui

bei dideliam santykiniam

drėgnumui.

Maišymosi rūkas

Page 23: Vanduo atmosferoje - VU Hidrologijos ir klimatologijos katedra · Vanduo atmosferoje Vandens apytakos rato dalys ir procesai. Pateiktas metinis vandens kiekis, dalyvaujantis apytakos

Rūko sudėtis ir vandeningumas

Rūkas sudarytas:

t>0 °C , iš vandens lašelių

0>t>-10 °C , iš peršaldytų vandens lašelių

t<-10 °C, iš peršaldytų vandens lašelių ir ledo

kristalų

Rūkui nepalankios sąlygos formuotis virš sniego, ypač jei temperatūra -8 - -16 °C

Rūko vandeningumas - skystos ar kietos fazinės būklės vandens masė tūrio

vienete.

Rūko vandeningumas daugiausia priklauso nuo oro temperatūros ir kinta nuo 0,02

iki 2,0 g/m³.

Su oro temperatūros augimu didėja spindulinio atvėsimo ir advekcinių rūkų

vandeningumas. Garavimo rūkų atveju, daţniausiai priešingai, didėjant oro

temperatūrai rūkų vandeningumas maţėja.

Page 24: Vanduo atmosferoje - VU Hidrologijos ir klimatologijos katedra · Vanduo atmosferoje Vandens apytakos rato dalys ir procesai. Pateiktas metinis vandens kiekis, dalyvaujantis apytakos

Debesys

Kondensacijos produktų (lašelių ir kristalų) sankaupos vadinamos debesimis.

Principinio skirtumo tarp debesų ir rūko nėra.

Debesys formuojasi vykstant vandens garų kondensacijai ir sublimacijai

atmosferoje, dėl padidėjusio vandens garų kiekio arba sumaţėjusios oro

temperatūros

Laisvojoje atmosferoje pagrindinis

procesas lemiantis oro temperatūros

ţemėjimą ir debesų formavimąsi yra

adiabatinis oro kilimas.

Oro temperatūros ţemėjimas taip pat

vyksta ir dėl spindulinio oro vėsimo bei

dėl turbulencinio maišymosi (pastarojo

proceso metu gali augti ir vandens

garų kiekis).

Page 25: Vanduo atmosferoje - VU Hidrologijos ir klimatologijos katedra · Vanduo atmosferoje Vandens apytakos rato dalys ir procesai. Pateiktas metinis vandens kiekis, dalyvaujantis apytakos

Vieni debesys egzistuoja labai trumpą laiką (kai kurie kamuoliniai debesys išsilaiko vos

10-15 minučių), kiti nors ir išlieka ilgiau, bet yra dinaminėje būsenoje, t.y. vieni debesų

elementai išgaruoja, kiti kondensuojasi.

Debesys išnyksta, kai vandens garų slėgis debesyje nutolsta nuo prisotinimo būsenos ir

vandens lašeliai išgaruoja. Tai atsitinka augant oro temperatūrai arba maţėjant vandens

kiekiui ore.

Oro temperatūra debesies viduje gali padidėti adiabatinių procesų (orui masei

leidţiantis) ar radiacinių procesų (debesį sušildo trumpabangė arba ilgabangė radiacija)

metu.

Vandens kiekis debesyje sumaţėja

iškritus krituliams

Turbulencinio maišymosi metu į

debesį iš aplinkos gali patekti

nauja sausesnio oro porcija ir jis

maišosi debesies viduje,

maţindamas vidutinį santykinį

drėgnumą oro tūryje.

Page 26: Vanduo atmosferoje - VU Hidrologijos ir klimatologijos katedra · Vanduo atmosferoje Vandens apytakos rato dalys ir procesai. Pateiktas metinis vandens kiekis, dalyvaujantis apytakos

Debesų formavimasis

Išskiriami šie pagrindiniai procesai, kurių metu drėgnas oras kyla į viršų:

1) terminė atmosferos konvekcija;

2) orografinis kilimas;

3) frontinis kilimas;

4) konvergencija bei divergencija atmosferoje;

5) dinaminė turbulencija;

6) banginiai procesai.

Debesų formavimasis

Page 27: Vanduo atmosferoje - VU Hidrologijos ir klimatologijos katedra · Vanduo atmosferoje Vandens apytakos rato dalys ir procesai. Pateiktas metinis vandens kiekis, dalyvaujantis apytakos

Terminė atmosferos konvekcija. Vykstant terminei atmosferos

konvekcijai, kildami atskiri oro tūriai susilieja į vieną ir susidaro galingas

aukštyneigis oro srautas. Tuo tarpu pagrindinio srauto periferijoje formuojasi

daugybė smulkesnių kompensuojančių ţemyneigių judesių. Kildamas oras

adiabatiškai vėsta ir gali susiformuoti debesys. Apatinė debesų riba sutampa su

kondensacijos lygiu, o viršutinė – su konvekcijos lygiu. Konvekcijos lygis gali

būti ir kiek aukščiau nei riba, ties kuria kylančio oro temperatūra išsilygina su

aplinkos temperatūra, nes greitai judantis oras gali iš inercijos pakilti

aukščiau. Sluoksniai su temperatūros inversija arba su maţais teigiamais

temperatūros gradientais stabdo konvekcijos vystymąsi. Kai debesų viršūnė

pasiekia tokius sluoksnius, debesodaros procesas sustoja.

Frontinis kilimas. Adiabatinis oro kilimas vyksta palei fronto paviršius.

Daţniausiai tokio pobūdţio vertikalūs judesiai yra labai lėti – keli centimetrai per

sekundę. Tai būdinga lėtai judantiems atmosferos frontams su lėkštais fronto

paviršiais. Greitai judančių šaltų atmosferos frontų priekinė dalis dėl trinties į

paklotinį paviršių yra ganėtinai stati, todėl šiltas oras staigiai išstumiamas į viršų

(vyksta dinaminė konvekcija). Abiem atvejais formuojasi specifinės sudėtingos

debesų sistemos, sudarytos iš kelių debesų sluoksnių.

Page 28: Vanduo atmosferoje - VU Hidrologijos ir klimatologijos katedra · Vanduo atmosferoje Vandens apytakos rato dalys ir procesai. Pateiktas metinis vandens kiekis, dalyvaujantis apytakos

Konvergencija bei divergencija atmosferoje. Oras pradeda kilti, jei

apatinėje troposferoje oro srautai artėja vieni prie kitų (pvz., ciklono centre).

Vertikalius oro judesius gali sukelti ir oro srautų divergencija viršutinėje

troposferoje. Susidariusį oro nepriteklių stengiasi kompensuoti iš apačios

kylantis oras. Konvergencinis kilimas nėra toks intensyvus kaip konvekcinis,

todėl jo metu formuojasi maţiau vertikalia kryptimi išsivystę debesys. Oro

srautų konvergencija būdinga ir atmosferos frontams.

Dinaminė turbulencija. Dėl trinties poveikio formuojasi turbulenciniai

judesiai prie paviršiaus. Prieţeminis oras kyla į viršų ir adiabatiškai vėsta, o iš

viršutinės turbulencinio sluoksnio dalies oras šildamas leidţiasi ţemyn. Tokia

šilumos apykaita vyksta tol, kol vertikalus temperatūros gradientas trinties

sluoksnyje tampa artimas adiabatiniam. Pastoviai stratifikuotoje oro masėje

ties viršutine trinties sluoksnio riba formuojasi pakilioji inversija, stabdanti

vertikalų oro maišymąsi. Ji gali susijungti su aukšto slėgio laukui būdinga

ţemyneigių srautų inversija. Jeigu trinties sluoksnyje kylančio oro temperatūra

nukrinta ţemiau rasos taško, formuojasi debesys, kurių pagrindas atitinka

kondensacijos lygį, o viršūnė – apatinę inversijos sluoksnio ribą. Jei virš

trinties sluoksnio stratifikacija yra nepastovi, gali pradėti formuotis konvekciniai

debesys.

Page 29: Vanduo atmosferoje - VU Hidrologijos ir klimatologijos katedra · Vanduo atmosferoje Vandens apytakos rato dalys ir procesai. Pateiktas metinis vandens kiekis, dalyvaujantis apytakos

Orografinis kilimas. Oro srautui pasiekus kalnų ar kalvų grandinę, jis

pradeda šlaitu kilti į viršų. Aukštyneigis judesio momentas perduodamas ir į

aukštesnius (esančius virš orografinės kliūties) oro sluoksnius. Kildamas oras

adiabatiškai vėsta. Priklausomai nuo kondensacijos lygio aukščio, debesys

formuojasi ţemiau kalno keteros, ties ja ar aukščiau. Kadangi Saulės

spinduliuotė įkaitina kalnų šlaitus ir oras prie jų būna šiltesnis nei tame

pačiame lygyje virš slėnio, formuojasi terminė konvekcija, sustiprinanti

orografinį oro kilimą. Orografiniai debesys visada dinaminėje būsenoje, nors

daţniausiai išlieka toje pačioje vietoje: priešvėjinėje keteros pusėje vyksta oro

kilimas ir kondensacija, uţuovėjinėje – adiabatinis leidimasis ir garavimas.

Banginiai procesai. Horizontalia kryptimi judantis oras gali pradėti kilti į

viršų arba leistis ţemyn dėl banginių procesų atmosferoje. Daţniausiai bangos

atmosferoje formuojasi oro srautams sutikus stambias kliūtis (pvz., kalnų

grandinę) ar dėl staigių vėjo greičio ir krypties bei oro tankio pokyčių

vertikalėje. Oro tankio ir vėjo rodiklių pokyčiai itin būdingi inversiniams

sluoksniams, ties kurių ribomis daţnai formuojasi bangos.

Bangos keteros link kylančio bei adiabatiškai vėstančio oro temperatūra

gali nukristi ţemiau rasos taško. Šiuo atveju formuojasi banguotą struktūrą

turintys debesys.

Page 30: Vanduo atmosferoje - VU Hidrologijos ir klimatologijos katedra · Vanduo atmosferoje Vandens apytakos rato dalys ir procesai. Pateiktas metinis vandens kiekis, dalyvaujantis apytakos

Debesų klasifikacijos

Dešimt pagrindinių formų pagal išorinį vaizdą:

I. Plunksniniai - Cirrus (Ci);

II. Plunksniniai kamuoliniai - Cirrocumulus (Cc);

III. Plunksniniai sluoksniniai - Cirrostratus (Cs);

IV. Aukštieji kamuoliniai - Altocumulus (Ac);

V. Aukštieji sluoksniniai - Altostratus (As);

VI. Sluoksniniai lietaus - Nimbostratus (Ns);

VII. Sluoksniniai kamuoliniai - Stratocumulus (Sc);

VIII. Sluoksniniai - Stratus (St);

IX. Kamuoliniai - Cumulus (Cu);

X. Lietaus kamuoliniai - Cumulonimbus (Cb).

Page 31: Vanduo atmosferoje - VU Hidrologijos ir klimatologijos katedra · Vanduo atmosferoje Vandens apytakos rato dalys ir procesai. Pateiktas metinis vandens kiekis, dalyvaujantis apytakos

Pagrindinės debesų formos

Page 32: Vanduo atmosferoje - VU Hidrologijos ir klimatologijos katedra · Vanduo atmosferoje Vandens apytakos rato dalys ir procesai. Pateiktas metinis vandens kiekis, dalyvaujantis apytakos

Pagal genetines formavimosi sąlygas:

Kamuoliniai debesys (cumuliformis – cuf) –

stipriai vertikalia ir ganėtinai maţai horizontalia

kryptimi išsivystę debesys, susidarantys

intensyvių vertikalių oro judesių nepastoviai

stratifikuotoje oro masėje metu (Cu, Cb);

Banguotieji debesys (undulatus – und) – stipriai

horizontalia ir silpnai vertikalia kryptimi išsivystę

debesys, susidarantys banginių procesų

atmosferoje metu (Cc, Ac, Sc, St);

Sluoksniniai debesys (stratiformis – st) – lėtų

aukštyneigių stambių oro masių judesių

(daţniausiai pagal frontinį paviršių) metu

susidarantis debesų sluoksnis, kurio horizontalus

dydis šimtus kartų didesnis uţ vertikalų, (Ci, Cs,

As, Ns).

Page 33: Vanduo atmosferoje - VU Hidrologijos ir klimatologijos katedra · Vanduo atmosferoje Vandens apytakos rato dalys ir procesai. Pateiktas metinis vandens kiekis, dalyvaujantis apytakos

Remiantis debesodaros procesų, vykstančių oro masės viduje bei frontiniuose

paviršiuose, ypatumais debesys gali būti skirstomi į dvi pagrindines grupes:

Frontiniai debesys:

šilto fronto debesys;

šalto fronto debesys;

okliuzijos fronto debesys.

Vidujiiniai debesys:

nepastoviai stratifikuotos

oro masės debesys;

pastoviai stratifikuotos oro

masės debesys.

Page 34: Vanduo atmosferoje - VU Hidrologijos ir klimatologijos katedra · Vanduo atmosferoje Vandens apytakos rato dalys ir procesai. Pateiktas metinis vandens kiekis, dalyvaujantis apytakos

Pastoviai stratifikuotų oro masių debesys

Pastoviai stratifikuotose oro masėse (šiltose, o ţiemą virš sausumos ir vietinėse)

svarbus debesodaros procesas – tai gan silpna turbulencinė vandens garų pernaša

kartu su oru nuo veikliojo paviršiaus į viršų ir su tuo susijęs adiabatinis kylančio oro

vėsimas.

Šiltas oras judantis ant šalto veikliojo

paviršiaus vėsta iš apačios, todėl

stratifikacija tampa pastovia.

Toks vėsimas vyksta ir vietinėje oro

masėje ţiemos metu, ypač naktį, todėl

tokio tipo debesys daţniausi šaltojo

metų laikotarpio naktimis.

Turbulencinį vandens garų kilimą stabdo inversijos sluoksniai, būdingi pastovioms oro

masėms. Poinversiniame sluoksnyje vyksta vandens garų kaupimasis bei jų radiacinis

atvėsimas ir jei apatinė inversijos riba yra aukščiau kondensacijos lygio formuojasi

debesys.

Didţioji dalis debesų pastoviai stratifikuotose oro masėse, susidaro ţemo slėgio srities

debesų transformacijos poinversiniame sluoksnyje metu.

VIDUMASINIAI DEBESYS

Page 35: Vanduo atmosferoje - VU Hidrologijos ir klimatologijos katedra · Vanduo atmosferoje Vandens apytakos rato dalys ir procesai. Pateiktas metinis vandens kiekis, dalyvaujantis apytakos

Visų minėtų procesų metu poinversiniame sluoksnyje formuojasi sluoksniniai arba

sluoksniniai kamuoliniai debesys. Pagrindinis skirtumas tarp sluoksninių ir sluoksninių

kamuolinių debesų yra bangos ilgis.

Minėtų procesų metu susiformavę debesys yra labai ištįsę horizontalia kryptimi ir turi

banguotą struktūrą, todėl ir yra vadinami banguotaisiais.

Kai inversija susiformuoja vidurinėje troposferoje susidaro aukštieji kamuoliniai, o

viršutinėje troposferoje plunksniniai kamuoliniai debesys.

Visos šios debesų formos taip pat gali būti susijusios ir su atmosferos frontais, tačiau jos

ypač būdingos pastovioms oro masėms.

Page 36: Vanduo atmosferoje - VU Hidrologijos ir klimatologijos katedra · Vanduo atmosferoje Vandens apytakos rato dalys ir procesai. Pateiktas metinis vandens kiekis, dalyvaujantis apytakos

Tokią struktūrą apsprendţia tai, kad inversijos sluoksnyje ir į abi puses nuo jo ribos

susidaro nevienodos amplitudės bei ilgio (nuo kelių šimtų metrų iki kelių kilometrų)

bangos.

Minimalus pastovių gravitacinių bangų, susiformuojančių abipus inversinio sluoksnio,

ilgis .t – temperatūros skirtumas (°C), v – vėjo greičio skirtumas (m/s).

t v

4 8 12 16 20

4 320 1408 3668 5616 8789

8 177 709 1595 2829 4426

12 119 475 1073 1901 2974

16 90 359 808 1431 2244

20 73 289 652 1156 1809

Didėjant vėjo greičio bei mažėjant temperatūrų skirtumui bangos ilgis išauga.

Inversijos riba skiria ţemiau esantį šaltą bei viršutinį šiltą orą. Jei palei tokį paviršių

šiltas ir šaltas oras (skiriasi jų tankis) juda nevienodu greičiu, susidaro gravitacinės

bangos (jose lemiamą vaidmenį vaidiną traukos jėga), kurios parametrus nulemia vėjo

greičio ir oro tankio skirtumai inversiniame ir poinversiniame sluoksniuose.

Page 37: Vanduo atmosferoje - VU Hidrologijos ir klimatologijos katedra · Vanduo atmosferoje Vandens apytakos rato dalys ir procesai. Pateiktas metinis vandens kiekis, dalyvaujantis apytakos

Bangos gūbriuose oras pakyla į viršų ir padidėja vandens garų kondensacijos tikimybė, o

slėniuose oras nusileidţia (vandens garai adiabatiškai šildami gali tapti neprisotintais).

Banguotųjų debesų formavimasis

Page 38: Vanduo atmosferoje - VU Hidrologijos ir klimatologijos katedra · Vanduo atmosferoje Vandens apytakos rato dalys ir procesai. Pateiktas metinis vandens kiekis, dalyvaujantis apytakos

Vertikalus banguotųjų debesų storis nėra didelis (siekia keliasdešimt ar kelis šimtus

metrų), tačiau apatiniam aukštui priklausantys debesys yra ganėtinai tankūs, kadangi

daţniausiai yra sudaryti iš vandens lašelių. Jei apatinio aukšto banguotieji debesys yra

santykinai stori, o jų pagrindas ţemas, iš jų gali iškristi dulksna (iš sluoksninių daţniau

nei iš sluoksninių kamuolinių).

Banguotieji pastoviai stratifikuotų oro masių debesys palaipsniui nyksta leisdamiesi kartu

su ţemyneigiais oro srautais. Anksčiausiai išsisklaido viršutinės debesų dalys. Tuo

atveju, jei turbulencinė vandens garų pernaša aukštyn nuo ţemės paviršiaus yra

ganėtinai intensyvi, tokie debesys gali išsilaikyti ilgesnį laiko tarpą. Tai priklauso ir nuo

oro temperatūros: kuo temperatūra ţemesnė, tuo ilgiau išlieka banguotieji debesys.

Todėl St-Sc debesys gan ilgai išsilaiko ţiemos meto anticiklonuose, tuo tarpu vasarą jie

greitai išnyksta.

Page 39: Vanduo atmosferoje - VU Hidrologijos ir klimatologijos katedra · Vanduo atmosferoje Vandens apytakos rato dalys ir procesai. Pateiktas metinis vandens kiekis, dalyvaujantis apytakos

Nepastoviose (šaltose arba vasarą virš sausumos ir vietinėse) oro masėse

debesodara susijusi su stipria termine konvekcija esant nepastoviai stratifikacijai.

Nepastoviai stratifikuotų oro masių debesys

Konvekciniai debesys gali formuotis ir frontinėse sistemose, tačiau šiuo atveju

pagrindinis debesodarą lemiantis procesas – dinaminė konvekcija.

Atmosferos turbulencijos ir konvekcijos pradţios schema

Konvekcinių debesų storis priklauso nuo kondensacijos ir konvekcijos lygių aukščio.

Apatinė debesų riba beveik sutampa su kondensacijos lygiu, o viršutinė - su konvekcijos

lygiu.

Page 40: Vanduo atmosferoje - VU Hidrologijos ir klimatologijos katedra · Vanduo atmosferoje Vandens apytakos rato dalys ir procesai. Pateiktas metinis vandens kiekis, dalyvaujantis apytakos

Konvekcijos lygis yra šiek tiek aukščiau nei riba ties kuria kylančio oro

temperatūra išsilygina su aplinkos temperatūra: į viršų judantis oro tūriai gali iš

inercijos pakilti aukščiau minėtos ribos (tai priklauso nuo oro tūrių judėjimo greičio).

) -(t 122 = 0kzkur zk – kondensacijos lygis, t – oro temperatūra prie ţemės paviršiaus, 0 – rasos

taškas.

Kondensacijos lygį galima nustatyti taip:

Tarptautinėje debesų klasifikacijoje tokie debesys vadinami kamuoliniais.

Kamuolinių ir kamuolinių lietaus debesų formavimasis

Page 41: Vanduo atmosferoje - VU Hidrologijos ir klimatologijos katedra · Vanduo atmosferoje Vandens apytakos rato dalys ir procesai. Pateiktas metinis vandens kiekis, dalyvaujantis apytakos

Kamuoliniais lietaus debesų formavimasį lemia ledo kristalų susidarymas viršutinėje

debesies dalyje, kitaip tariant – debesų viršūnės apledėjimas. Uţšalimo lygio aukštis

daţniausiai sutampa su -12 °C izoterma.

Apledėjimas yra kritulių kritimo iš lietaus kamuolinių debesų prieţastis, tuo tarpu iš

kamuolinių debesų lietus daţniausiai neiškrinta.

Nepastoviai stratifikuotose oro masėse debesys pradeda formuotis apie vidurdienį,

pasiekia maksimalią reikšmę popiečio valandomis, vakarop pradeda irti, o naktys

daţniausiai būna giedros.

Page 42: Vanduo atmosferoje - VU Hidrologijos ir klimatologijos katedra · Vanduo atmosferoje Vandens apytakos rato dalys ir procesai. Pateiktas metinis vandens kiekis, dalyvaujantis apytakos

FRONTINIAI DEBESYS

Šilto fronto debesys

Su šiltų frontų judėjimu yra susiję tvarkingo stambiamastelinio aukštyneigio judėjimo

debesys. Jie sudaro milţiniškas debesų sistemas ištįsusias pagal fronto liniją

tūkstančius kilometrų ir kurių plotis siekia šimtus kilometrų. Didţiojoje sistemos dalyje

susidaro galingi debesų sluoksniai, todėl šis genetinis debesų tipas vadinamas

sluoksniniais debesimis

Negalima painioti sluoksninių debesų pagal formą ir genetinį tipą

Kadangi fronto paviršius labai lėkštas,

tai šilto oro judėjimas daugiausia

vyksta horizontalia kryptimi su

nedidele vertikalia sudedamąja, kuri

sudaro keletą centimetrų ar

centimetro dalių per sekundę. Lėtas

šilto oro kilimas yra adiabatiško jo

vėsimo bei garų kondensacijos

prieţastis, ko pasekoje formuojasi

galinga sluoksninė debesų sistema.

Labiausiai vertikalia kryptimi debesys

išsivystę prie fronto linijos.

Page 43: Vanduo atmosferoje - VU Hidrologijos ir klimatologijos katedra · Vanduo atmosferoje Vandens apytakos rato dalys ir procesai. Pateiktas metinis vandens kiekis, dalyvaujantis apytakos

Šilto fronto debesų sistema

Arti frontinės linijos formuojasi sluoksniniai lietaus debesys, kurių storis keletas

kilometrų, ir iš kurių krenta ištisiniai krituliai.

Toliau nuo fronto linijos šalto oro link, debesų pagrindas kyla, o vertikalus storis

maţėja: debesys tampa aukštaisiais sluoksniniais (apytiksliai uţ 500 – 600 km).

Vasarą krituliai iš aukštųjų sluoksninių debesų daţniausiai nepasiekia ţemės

paviršiaus (išgaruoja), o ţiemą gali iškristi gana gausus sniegas.

Dar toliau nuo fronto linijos, fronto paviršius ir tuo pačiu debesų pagrindas pereina į

viršutinę troposferą, o debesų sluoksnis virstą maţo tankio, iš ledo kristalų sudarytais

viršutinio aukšto plunksniniais sluoksniniais debesimis, kurie savo ruoţtu priešakinėje

dalyje pereina į plunksninius, kurių viršūnė gali siekti tropopauzę. Jie nuo fronto linijos

yra nutolę per 800-900 km.

Page 44: Vanduo atmosferoje - VU Hidrologijos ir klimatologijos katedra · Vanduo atmosferoje Vandens apytakos rato dalys ir procesai. Pateiktas metinis vandens kiekis, dalyvaujantis apytakos

Šalto fronto debesys

Šalto fronto atveju, susidaro siauresnė debesų sistema su priekinėje dalyje

besiformuojančiais lietaus kamuoliniais debesimis, iš kurių krenta liūtiniai krituliai.

Šalto oro masė skverbiasi po šiltu oru, o pastarasis greitai kyla į viršų palei frontinį

paviršių.

Yra išskiriami du šalto fronto tipai. Šie frontai daugiausia skiriasi stratifikacijos

nepastovumo lygiu, lyginamuoju drėgnumu. Be to skiriasi ir atmosferos frontų

judėjimo greitis.

Lietaus kamuolinių debesų

juosta susidaranti šaltuose

atmosferos frontuose gali

pagal fronto liniją nutįsti

keletą šimtų kilometrų (tuo ji

skiriasi nuo atskirų

kamuolinių lietaus debesų

susidarančių vidumasinės

konvekcijos metu).

Page 45: Vanduo atmosferoje - VU Hidrologijos ir klimatologijos katedra · Vanduo atmosferoje Vandens apytakos rato dalys ir procesai. Pateiktas metinis vandens kiekis, dalyvaujantis apytakos

Pirmo tipo šalto fronto debesų sistema

Pirmasis tipas pasiţymi ramiu tolygiu šilto oro slydimu pagal frontinį paviršių iki

pakankamai didelio aukščio (dar kitaip jis vadinamas anafrontu arba pasyviu frontu).

Tokio tipo šaltieji frontai daţniausiai formuojasi cikloninių darinių periferijoje. Susidaranti

debesų sistema yra artima šilto fronto debesų sistemai, tik šiuo atveju debesys juda

priešinga tvarka.

Prieš pat frontinį paviršių, dėl jo statumo bei šilto oro stratifikacijos nepastovumo,

formuojasi labai stiprūs aukštyneigiai judesiai ir susidaro kamuoliniai lietaus debesys.

Uţ frontinės linijos šie debesys pereina į sluoksninius lietaus (Ns), o vėliau ir į

aukštuosius sluoksninius (As) bei plunksninius sluoksninius (Cs) debesis. Kaip ir

šiltame fronte, daţnai, po frontiniu paviršiumi kritulių zonoje susidaro draskytieji lietaus

(Frnb.) debesys.

Page 46: Vanduo atmosferoje - VU Hidrologijos ir klimatologijos katedra · Vanduo atmosferoje Vandens apytakos rato dalys ir procesai. Pateiktas metinis vandens kiekis, dalyvaujantis apytakos

Antro tipo šalto fronto debesų sistema

Antrojo tipo šaltajam frontui (dar kitaip vadinamam katafrontu arba aktyviu frontu)

būdinga tai, kad palei frontinį paviršių šiltas oras pakyla tik iki 2-3 kilometrų aukščio.

Tokie frontai būdingi vidinėms ciklonų dalims. Susidaranti debesų sistema yra ganėtinai

siaura (daţnai 40-60 km pločio). Ties fronto linija susidaro galingi kamuoliniai lietaus

debesys, daţnai lydimi perkūnijos, škvalo ir krušos.

Viršutinė kamuolinių lietaus debesų dalis ištįsta bendro oro srauto kryptimi ir gana

dideliu atstumu prieš fronto liniją pasirodo plunksniniai kamuoliniai banguotieji (Cc und.)

debesys. Viduriniame aukšte formuojasi aukštieji kamuoliniai lęšiškieji (Ac lent.)

debesys. Dar ţemiau sluoksniniai kamuoliniai nepersišviečiantieji (Sc op.).

Page 47: Vanduo atmosferoje - VU Hidrologijos ir klimatologijos katedra · Vanduo atmosferoje Vandens apytakos rato dalys ir procesai. Pateiktas metinis vandens kiekis, dalyvaujantis apytakos

Okliuzijos fronto debesys

Susiformuoja galinga Cs-As-

Ns debesų sistema, kurios storis

didţiausiais ties viršutine frontine

linija. Okliuzijos fronto tipai: 1) šiltas okliuzijos

frontas; 2) šaltas okliuzijos frontas.

Šiuo atveju susiduria dvi šaltos

oro masės, ankščiau buvusios

prieš ir uţ šilto fronto.

Abiejų frontų debesų sistemos

susijungia į vieną – sudėtingą ir

daugiapakopę. Šiltas oras kyla į

viršų ir uţima daubos pavidalo

pagilėjimą tarp abiejų frontinių

paviršių, vyksta šalto ir šilto frontų

debesų sistemų jungimasis.

Page 48: Vanduo atmosferoje - VU Hidrologijos ir klimatologijos katedra · Vanduo atmosferoje Vandens apytakos rato dalys ir procesai. Pateiktas metinis vandens kiekis, dalyvaujantis apytakos

Debesų mikrostruktūra ir vandeningumas

Vandens (lašelių) debesys sudaryti tik iš vandens lašelių. Jie egzistuoja ne tik esant

teigiamai, bet ir neigiamai (-10°C ir ţemesnei) temperatūrai.

Mišrūs debesys sudaryti iš peršaldytų lašelių ir ledo kristalų mišinio. Daţniausiai jie

formuojasi kai oro temperatūra debesyje nukrinta iki -10 – -40 °C.

Ledo (kristaliniai) debesys sudaryti tik iš ledo kristalų. Tokie debesys vyrauja kai

oro temperatūra ţemesnė nei -30° C.

Debesyse lašelių skaičius kinta nuo kelių šimtų ţemutinėje iki keliasdešimties

lašelių 1 cm³ viršutinėje troposferoje. Kristalų skaičius dar maţesnis – kinta nuo 1

apatinio aukšto iki 0,1 kristalo 1 cm³ viršutinio aukšto debesyse.

Lašų spindulys debesyse kinta plačiame intervale: nuo dešimtųjų dalių iki

dešimčių mikrometrų. Tirpstant kristalams bei lašams susiliejant, jų spindulys gali

išaugti iki 100–200 m. Iš debesų iškritus tokio dydţio vandens lašams, ant ţemės

paviršiaus krinta dulksna. Lietaus lašelių dydis viršija 500 m, nors gali siekti ir kelis

milimetrus (t. y. tūkstančius m). Ledo kristalų spindulys taip pat labai skiriasi: nuo

10–20 m iki kelių milimetrų.

Page 49: Vanduo atmosferoje - VU Hidrologijos ir klimatologijos katedra · Vanduo atmosferoje Vandens apytakos rato dalys ir procesai. Pateiktas metinis vandens kiekis, dalyvaujantis apytakos

Vandens lašelių ir kristalų masė tūrio vienete

vadinama debesies vandeningumu.

1 m³ vandens debesies yra nuo 0,1 iki 0,4 g

vandens. Tik kamuoliniuose debesyse

vandeningumas didesnis ir kinta nuo 0,7 iki 1,8,

kartais pasiekdamas ir 5 g/m³. Kristaliniuose

debesyse šie skaičiai dar maţesni ir sudaro

vos šimtąsias gramo dalis: dviem trečdaliais

atvejų tokių debesų vandeningumas neviršija

0,05 g/m³.

Didėjant debesies temperatūrai vidutinis

vandeningumas išauga. Banguotuose debesyse

labiausiai vandeninga vidurinė bei viršutinė

debesies dalis. Sluoksninių debesų sistemoje bei

kamuoliniuose debesyse vandeningiausia

apatinė debesies dalis

Vandeningumo () pasiskirstymo

debesyse schema: 1) banguotuose

debesyse (Sc-Ac); 2) sluoksniniuose

debesyse (Ns-As)

Page 50: Vanduo atmosferoje - VU Hidrologijos ir klimatologijos katedra · Vanduo atmosferoje Vandens apytakos rato dalys ir procesai. Pateiktas metinis vandens kiekis, dalyvaujantis apytakos

Debesuotumo paros ir metinė eiga

Debesuotumas – debesų dengiamo dangaus skliauto dalis.

Banguotieji (St, Sc, Ac) debesys, kurie susiję su

naktiniu oro atvėsimu ir palyginus silpna vandens

garų turbulencine pernaša į viršų, maksimalią

reikšmę pasiekia naktį ir rytą.

Kamuoliniai (Cu, Cb) debesys susiję su atmosferos

stratifikacijos nepastovumu ir stipria konvekcija,

daţniausiai atsiranda dienos metu ir išnyksta artėjant

nakčiai

Virš jūros, kur paviršiaus temperatūra beveik nesikeičia paros bėgyje, debesų paros eiga

yra sunkiai pastebima (silpnas maksimumas rytą).

Bendrojo debesuotumo vidutinis

kitimas per parą Vilniuje: 1 – sausio, 2

– balandţio, 3 – liepos, 4 – spalio

mėnesiais

Debesys, kurie susiformuoja frontinėse zonose

(sluoksniniai debesys), neturi aiškios paros

eigos.

Vidutinėse platumose vasarą išskiriami du debesuotumo maksimumai: rytą ir kiek

ryškesnis po pietų. Ţiemą, kai konvekcija yra daug silpnesnė, vyrauja rytinis

maksimumas kuris gali būti vienintelis.

Page 51: Vanduo atmosferoje - VU Hidrologijos ir klimatologijos katedra · Vanduo atmosferoje Vandens apytakos rato dalys ir procesai. Pateiktas metinis vandens kiekis, dalyvaujantis apytakos

Vidutinėse platumose debesuotumo metinės eigos maksimumas – ţiemą, kai

intensyviausia cikloninė veikla su frontiniu debesuotumu, o minimumas pavasarį ir

vasarą, kai vyrauja konvekciniais debesys.

Tropinėse platumose vyrauja konvekciniai debesys, todėl debesuotumo maksimumas

fiksuojamas vasarą.

Page 52: Vanduo atmosferoje - VU Hidrologijos ir klimatologijos katedra · Vanduo atmosferoje Vandens apytakos rato dalys ir procesai. Pateiktas metinis vandens kiekis, dalyvaujantis apytakos

Krituliai – skystos ar kietos būsenos vanduo krintantis iš debesų arba nusėdantis iš

oro ant veikliojo paviršiaus.

Krituliai iš debesų krenta tuo

atveju jei nors dalis debesies

elementų dėl vienų ar kitų

prieţasčių pasidaro tiek sunkūs,

kad oro pasipriešinimas ir

aukštyneigiai oro srautai

nesugeba išlaikyti juos

pakibusioje būsenoje, o krintantys

ledo kristalai arba vandens lašeliai

nespėja išgaruoti kol pasiekia

ţemės paviršių.Jei krintantys vandens lašai išgaruoja

nepasiekę paviršiaus, po debesimis galima

pastebėti krintančių kritulių juostas.

Kritulių kritimo greitis priklauso nuo lašelių dydţio ir

sniego ar ledo gabalėlių dydţio ir tankio

KRITULIAI

Page 53: Vanduo atmosferoje - VU Hidrologijos ir klimatologijos katedra · Vanduo atmosferoje Vandens apytakos rato dalys ir procesai. Pateiktas metinis vandens kiekis, dalyvaujantis apytakos

Lašelių stambėjimas vyksta dėl dviejų pagrindinių prieţasčių: dėl kondensacijos bei dėl

lašelių susiliejimo arba kristalų sukibimo susidūrimų metu (koaguliacijos).

Kondensacinis debesų elementų augimas (1)

Sočiųjų vandens garų slėgis

(E) virš maţų lašelių yra

didesnis nei virš didelių (kuo

didesnis lašelio paviršiaus

kreivumas, tuo silpnesnės

molekulių tarpusavio traukos

jėgos ir tuo didesnė E

reikšmė), todėl vienodas

vandens garų slėgis (e) gali

būti sotinantis didelių ir nebūti

sotinantis maţų lašų atţvilgiu.

Šiuo atveju gali vykti pačių

maţiausių lašelių garavimas ir

kondensacija ant stambesnių

debesies elementų.

Sočiųjų vandens garų slėgio virš lašelio

paviršiaus priklausomybė nuo lašelio skersmens.

Page 54: Vanduo atmosferoje - VU Hidrologijos ir klimatologijos katedra · Vanduo atmosferoje Vandens apytakos rato dalys ir procesai. Pateiktas metinis vandens kiekis, dalyvaujantis apytakos

Kondensacinis debesų elementų augimas (2)

Mišriuose debesyse sočiųjų

vandens garų slėgio (E)

skirtumas virš peršaldytų lašelių ir

kristalų yra dar didesnis (vandens

molekulių tarpusavio traukos

jėgos skystyje maţesnės nei

lede) nei virš skirtingų dydţių

lašų, todėl vandens garų

perėjimas nuo lašelių ant kristalų

vyksta keliasdešimt kartų

intensyviau. Daţniausiai

mišriuose debesyse vandens

garų slėgis yra sotinantis virš

ledo ir nėra pasiekęs sočiųjų

vandens garų lygio virš vandens,

todėl vyksta intensyvus vandens

lašelių garavimas ir garų

sublimacija ant ledo kristalų.

Sočiųjų vandens garų slėgio virš vandens ir virš

ledo skirtumas

Vandens garų molekulės kondensacinio

augimo metu jungiasi tik su kristalų šoninėmis

briaunomis ar kampais ir toliau migruoja

kristalo viduje.

Page 55: Vanduo atmosferoje - VU Hidrologijos ir klimatologijos katedra · Vanduo atmosferoje Vandens apytakos rato dalys ir procesai. Pateiktas metinis vandens kiekis, dalyvaujantis apytakos

Koaguliacinis debesų elementų augimas

Debesies elementų koagulaciją lemiantys veiksniai:

Skirtingi elektriniai krūviai

Difuziniai judesiai

Turbulenciniai judesiai

Nevienodas kritimo greitis

Kritulių lašelių kritimo greičio

priklausomybė nuo jų skersmensSantykinai didelis vandens lašas debesyje krenta per

maţesnių lašelių sankaupą. Didelio lašelio diametras

auga koaguliacijos dėka Nustatyta, jog lašelio

augimas koaguliacijos metu yra tiesiogiai

proporcingas jo spindulio kvadratui, o kondensacinio

augimo greitis – atvirkščiai proporcingas spindulio

kvadratui

Page 56: Vanduo atmosferoje - VU Hidrologijos ir klimatologijos katedra · Vanduo atmosferoje Vandens apytakos rato dalys ir procesai. Pateiktas metinis vandens kiekis, dalyvaujantis apytakos

Kritulių tipai

Iš tvarkingo aukštyneigio judėjimo (frontinių) debesų (Ns, As) krinta ištisiniai krituliai.

Tai ilgalaikiai (trunkantys dešimtys valandų) vidutinio intensyvumo krituliai (lietus ar

sniegas), iškrentantis iš karto didelėje teritorijoje ir gan tolygiai pasiskirstęs erdviniu

poţiūriu.

Page 57: Vanduo atmosferoje - VU Hidrologijos ir klimatologijos katedra · Vanduo atmosferoje Vandens apytakos rato dalys ir procesai. Pateiktas metinis vandens kiekis, dalyvaujantis apytakos

Iš konvekcinių lietaus kamuolinių (Cb)

debesų krinta intensyvūs, bet

trumpalaikiai krituliai, kurie vadinami

liūtiniais krituliais. Tai krituliai

iškrentantis iš pavienių debesų ar

siaurų debesų juostų virš nedidelių

plotų. Ţiemos metu iš kamuolinių

lietaus debesų daţnai iškrenta

stambūs sniego dribsniai, taip pat,

esant neigiamoms temperatūroms,

gali kristi sniego granulės.

Page 58: Vanduo atmosferoje - VU Hidrologijos ir klimatologijos katedra · Vanduo atmosferoje Vandens apytakos rato dalys ir procesai. Pateiktas metinis vandens kiekis, dalyvaujantis apytakos

Pastoviai stratifikuotose šiltose arba vietinėse oro masėse iš sluoksninių (St) arba

sluoksninių kamuolinių (Sc) maţo storio debesų iškrenta krituliai sudaryti iš labai smulkių

vandens lašelių (dulksna) arba ledo kristalų (sniego grūdai). Dėl kritulių elementų

smulkumo, toks lietus gali būti ilgalaikis, bet neintensyvus.

Page 59: Vanduo atmosferoje - VU Hidrologijos ir klimatologijos katedra · Vanduo atmosferoje Vandens apytakos rato dalys ir procesai. Pateiktas metinis vandens kiekis, dalyvaujantis apytakos

Kad iškristų ištisinis ar liūtinis lietus būtina, jog debesys būtų mišrūs, t.y. sudaryti iš

paprastų ir peršaldytų vandens lašelių bei kristalų. Jei iki pat ţemės paviršiaus oro

temperatūra yra neigiama, iškrinta sniegas arba sniego kruopos.

Debesyse bent iš dalies sudarytuose iš ledo kristalų susidaro palankios sąlygos

stambiems kritulių elementams formuotis ir išlikti:

ledo kristalai auga prie maţesnės santykinės oro drėgmės nei vandens lašeliai

(skiriasi sočiųjų vandens garų slėgis virš paviršių);

plokščių ledo kristalų paviršiaus plotas yra didesnis nei vandens lašelių, todėl

didėja koaguliacijos tikimybė jiems krentant;

kieti krituliai krisdami į apatinius šiltesnius ir sausesnius atmosferos sluoksnius

tirpdami išlaiko temperatūrą artimą 0°C, todėl kol kieti kritulių elementai pilnai

neištirpsta, garavimas nuo jo paviršiaus vyksta labai iš lėto.

Page 60: Vanduo atmosferoje - VU Hidrologijos ir klimatologijos katedra · Vanduo atmosferoje Vandens apytakos rato dalys ir procesai. Pateiktas metinis vandens kiekis, dalyvaujantis apytakos

Pagal sinoptines kritulių formavimosi sąlygas išskiriami frontiniai ir vidujiniai

krituliai.

Frontiniai krituliai susiję su

atmosferos frontų praėjimu. Šiltam

frontui būdingi ištisiniai, o šaltam –

liūtiniai krituliai, daţnai pereinantys į

ištisinius.

Vidujiniai krituliai formuojasi vienalytės

oro masės viduje. Pastoviai stratifikuotai

oro masei būdinga dulksna krentanti iš

sluoksninių (St) ir sluoksninių kamuolinių

(Sc) debesų, nepastovios stratifikacijos oro

masei būdingi liūtiniai krituliai krentantys iš

galingų kamuolinių lietaus (Cb) debesų.

Page 61: Vanduo atmosferoje - VU Hidrologijos ir klimatologijos katedra · Vanduo atmosferoje Vandens apytakos rato dalys ir procesai. Pateiktas metinis vandens kiekis, dalyvaujantis apytakos

Kritulių formos priklausomybė nuo oro temperatūros stratifikacijos

pobūdţio

Page 62: Vanduo atmosferoje - VU Hidrologijos ir klimatologijos katedra · Vanduo atmosferoje Vandens apytakos rato dalys ir procesai. Pateiktas metinis vandens kiekis, dalyvaujantis apytakos

Kruša tai netaisyklingos formos ledo

gabaliukų pavidalo krituliai, kurių dydis

daugiau nei keli mm. Kruša krenta audros

metu kartu su liūtiniu lietumi. Krušai

formuotis būtina ypač stipri konvekcija ir

didelis debesies vandeningumas, todėl

kruša iškrenta tik vasarą, kai aukšta

temperatūra prie ţemės paviršiaus.

Page 63: Vanduo atmosferoje - VU Hidrologijos ir klimatologijos katedra · Vanduo atmosferoje Vandens apytakos rato dalys ir procesai. Pateiktas metinis vandens kiekis, dalyvaujantis apytakos

Kritulių kiekio kaita per parą ir per metusSausumoje yra išskiriami du pagrindiniai kritulių paros eigos tipai:

kontinentinis

priekrantinis

Kontinentiniame tipe pagrindinis

kritulių maksimumas esti po

pusiaudienio, o silpnas antrinis –

anksti ryte ir atitinka debesuotumo

eigą. Vasarą pagrindinis

maksimumas, dėl stipresnės

konvekcijos, išreikštas aiškiau,

negu rytinis, besiformuojantis dėl

naktinio poinversinių debesų

susidarymo.

Priekrantiniame tipe kritulių paros

eiga turi vienintelį maksimumą naktį

ir rytą, o minimumą popiečio

valandomis. Tą sąlygoja tai, kad

šaltesniam orui judant nuo jūros į

sausumą, popiečio valandomis

santykinis drėgnumas ore maţėja ir

debesų vystymasis silpnėja.

Vidutinėse platumose daugiausia kritulių atneša ciklonai. Cikloninė cirkuliacija

intensyviausia šaltuoju metų laiku, todėl vakarinėse ţemynų pakrantėse daugiau

kritulių iškrenta vėlyvą rudenį ir ţiemą, o maţiausiai – pavasarį ir vasaros pradţioje.

Tolstant į kontinento gilumą didėja vidujinių kritulių kiekis, kurių daugiausia iškrenta

vasarą (didesnis drėgmės kiekis ore bei stratifikacijos nepastovumas). Todėl

kontinento gilumoje kritulių maksimumas fiksuojamas vasarą, o minimumas – ţiemą.

Page 64: Vanduo atmosferoje - VU Hidrologijos ir klimatologijos katedra · Vanduo atmosferoje Vandens apytakos rato dalys ir procesai. Pateiktas metinis vandens kiekis, dalyvaujantis apytakos

Sniego danga

Kai oro temperatūra ilgesnį laiką išlieka

neigiama, sniegas, iškritęs ant ţemės

paviršiaus, lieka gulėti ir susidaro sniego

danga.

Pagrindinės sniego dangos

charakteristikos:

Sniego storis

Sniego tankis

Sniego dangos slūgsojimo trukmė

priklauso nuo platumos ir ilgėja

didėjant jai.

Sniego danga

2003 metų sausį

Page 65: Vanduo atmosferoje - VU Hidrologijos ir klimatologijos katedra · Vanduo atmosferoje Vandens apytakos rato dalys ir procesai. Pateiktas metinis vandens kiekis, dalyvaujantis apytakos

Metamorfizacija – procesas kurio metu kinta snaigių forma sniego dangoje. Toks

procesas vyksta tol, kol susiformuoja ganėtinai stambūs daugiau ar maţiau apvalios

formos elementai.

Termodinaminiu poţiūriu, sniego kristalai persiformuodami artėja prie pusiausvyrinės

būsenos, kurios termodinaminė charakteristika yra laisvoji energija ir kuri lemia kristalo

paviršiaus ploto maţėjimą jo tūrio atţvilgiu.

Suskilus dendritiniams

kristalams daţnai formuojasi

ryšiai dviejų elementų kontakto

vietose. Šis procesas

vadinamas prišalimu.

Page 66: Vanduo atmosferoje - VU Hidrologijos ir klimatologijos katedra · Vanduo atmosferoje Vandens apytakos rato dalys ir procesai. Pateiktas metinis vandens kiekis, dalyvaujantis apytakos

Reželiacija

Sniego linija

Page 67: Vanduo atmosferoje - VU Hidrologijos ir klimatologijos katedra · Vanduo atmosferoje Vandens apytakos rato dalys ir procesai. Pateiktas metinis vandens kiekis, dalyvaujantis apytakos

Abliacijos

sudedamos dalys:

Sniego tirpimas

Garavimas

Abliacijos tipai:

Advekcinė

Spindulinė

Page 68: Vanduo atmosferoje - VU Hidrologijos ir klimatologijos katedra · Vanduo atmosferoje Vandens apytakos rato dalys ir procesai. Pateiktas metinis vandens kiekis, dalyvaujantis apytakos

Pūga

Pūga – toks atmosferos reiškinys, kurio metu vėjui pernešant nuo paviršiaus

pakeltą arba krentantį sniegą sumaţėja matomumas.

Pūgų genetiniai tipai:

Pažemio

Pažemio pustymas

Sudėtingoji

Kad prasidėtų paţemio pūgos vėjo greitis turi pasiekti kritinę reikšmę, vadinamą dinaminiu greičiu,

kuris priklauso nuo atskirų sniego dangos paviršiaus snaigių dydţio, formos bei masės, o taip pat

nuo snaigių sukibimo laipsnio.

Page 69: Vanduo atmosferoje - VU Hidrologijos ir klimatologijos katedra · Vanduo atmosferoje Vandens apytakos rato dalys ir procesai. Pateiktas metinis vandens kiekis, dalyvaujantis apytakos

5 dalykai, be kurių žinojimo ir

supratimo tolimesnės

studijos apsunks

1. Nuo ko priklauso garavimo intensyvumas

2. Ko reikia, kad vandens garai kondensuotųsi

3. Vandens garų slėgio ir santykinio oro drėgnumo paros kaita

4. Svarbiausi debesodaros procesai

5. 10 pagrindinių debesų formų (lietuviškai, lotyniškai, trumpiniai)