Powstawanie chmur

konwekcja, konwergencja, wnoszenie wymuszone topografią terenu, wnoszenie wymuszone przy fronty
zobacz także: klasyfikacja chmur, jak chmury chronią ziemię przed chłodem, woda w atmosferze,
                        opady, równowaga atmosfery 

Większość chmur powstaje z unoszącego się powietrza (piszę większość, ponieważ groźnie wyglądające workowate chmury burzowe powstają z opadającego powietrza). Równowaga atmosfery ma zasadniczy wpływ na to jaki rodzaj chmur powstanie i jaką naturę będą miały ewentualne opady.

Wyobraźmy sobie blok (paczkę) powietrza ja na rysunku. Blok ten wznosząc się na coraz większe wysokości rozszerza się i praca jaką przez to wykonuje powoduje, że temperatura powietrza w bloku spada. W trakcie wznoszenia się, wzrasta również wilgotność tej paczki powietrza, aż osiągnie 100%.

Wtedy nadmiar pary wodnej ulega skropleniu (kondensacji), tworzą się kropelki wody zawieszone w powietrzu tworząc obłok. Powyżej tego poziomu kropelki te stają się coraz większe dzięki dalszemu procesowi kondensacji wznoszącego się powietrza.

Pionowy ruch wspomnianego bloku powietrza na większe wysokości może być spowodowany przez różne zjawiska w atmosferze:

• konwekcja (w atmosferze chwiejnej),
• napływ powietrza nad dany region,
• wznoszenie powietrza przez fronty,
• wznoszenie powietrza wymuszone przez topografię terenu (np. góry).

Konwekcja

W meteorologii konwekcja odnosi się przede wszystkim do prądów wstępujących, czyli do pionowego ruchu powietrza ku górze.

Kiedy słońce ogrzewa grunt, banieczki nagrzanego powietrza wznoszą się przez co rozrzedzają się mieszając z otaczającym powietrzem i tracą zdolność do dalszego wznoszenia się.

Blok będzie unosił się coraz wyżej dopóki powietrze w nim zawarte jest cieplejsze od otoczenia (tak jak balon z gorącym powietrzem). Dlatego, jeśli pionowy rozkład temperatury powietrza jest sprzyjający (chłodne powietrze na górze, ciepłe na dole) banieczki nagrzanego powietrza mogą unosić się na znaczne wysokości, zanim stracą zdolność do wznoszenia się.

Zazwyczaj każda następna banieczka wznosi się wyżej od poprzednich. Jeżeli zdolność do wznoszenia się jest wystarczająco duża, żeby unieść banieczkę na wysokość, na której dochodzi do przesycenia - dochodzi do kondensacji i powstaje obłok z małych kropelek wody i ostatecznie chmura.

Jeżeli powyżej podstawy chmury istnieje stabilna warstwa powietrza, dalszy wzrost chmury jest ograniczony i powstają jedynie niegroźne cumulusy. Jednakże, jeżeli powyżej podstawy chmur warstwa powietrza jest niestabilna prawdopodobnie nastąpi rozbudowa chmury w górę i powstanie cumulonimbus zawierający już krople deszczu.

Konwergencja

Przy poziomym napływie powietrza nad dany obszar, powietrze tam zalegające jest wypychane do góry. Proces ten, jeśli zachodzi na dużą skalę jest wstanie wynieść do góry warstwę powietrza szeroką nawet na setki kilometrów.

Wznoszenie powietrza wymuszone topografią terenu

Wznoszenie powietrze wymuszone topografią terenu (np. góry) jest zaczątkiem do powstawania chmur orograficznych. Podobnie, masa powietrza napotykając na swojej drodze wzniesienie, unosi się coraz wyżej przez co chłodzi się. Jeśli dojdzie do skroplenia pary wodnej w nim zwartej powstaje chmura.

Wznoszenie powietrza przez fronty atmosferyczne 

W przypadku frontu chłodnego - chłodniejsza i gęstsza masa powietrza wypycha ku górze wilgotną i ciepłą masę powietrza. Na pewnej wysokości dochodzi do skroplenia pary wodnej i powstania chmur. Z uwagi na strome zbocze frontu chłodnego, powstają silne prądy unoszące powietrze, a to prowadzi do powstawania chmur dających przelotne opady i gwałtowne burze.

W przypadku frontu ciepłego, ciepłe i rzadsze powietrze unosi się do góry nad chłodniejsze. Wznoszące się powietrze ochładza się, dochodzi do kondensacji i powstają chmury. Zbocze frontu ciepłego nie jest tak strome jak frontu chłodnego, poza tym front ciepły przemieszcza się wolniej i to powoduje, że prądy wznoszące powietrze nie są tak silne. Opady mają zazwyczaj charakter ciągły.

Wpływ równowagi atmosfery na rodzaj chmur