Srážkotvorná činnost v kupovité oblačnosti

Bergeronova-Findeisenova teorie vzniku srážek

Ve vyšších zeměpisných šířkách je většina troposféry charakterizována stejně jako i v tropických šířkách teplotami pod bodem mrazu, ale tropopauza sahá do menší výšky, díky čemuž vyvinutější konvektivní oblačnost při svém vývoji téměř vždy dosáhne výšek se zápornými teplotami. Např. v létě sahá nulová izoterma někam do výšek kolem 3-5 km. Při vývoji kupovitého oblaku typu Cumulus a přítomnosti dostatečného množství kondenzačních jader vzniká poměrně snadno kondenzací velké množství malých oblačných kapek. Ty nenarůstají příliš rychle, spíše se částečně odpařují a vodní pára opakovaně kondenzuje na dalších volných kondenzačních jádrech. Výsledkem je poměrně velké množství drobných kapiček v oblaku. Množství a velikost oblačných kapek je silně ovlivňována množstvím a typem kondenzačních jader. To je však již nad rámec tohoto článku. Samozřejmě se také zde různé kapičky slučují a vznikají poněkud větší kapičky, ale ne natolik velké jako v případě výskytu koalescence v tropické kupovité oblačnosti. Při svém dalších vertikálním výstupu časem dorazí do oblasti nad nulovou izotermou, kde by takové kapičky mohly začít teoreticky zamrzat. To se však obvykle neděje a spíše se vytvářejí v menším měřítku ledové krystalky jako důsledek desublimace vodní páry a většina tekuté vody v kapkách se přechlazuje. Tato přechlazená voda se pak dokáže udržovat i ve větších výškách. Dokonce i v největších výškách kumulonimbu, kde je jinak větší množství ledových částic, se vyskytuje patrné množství přechlazené vody. Přechlazená voda obvykle úplně mizí v místech s teplotami pod - 40 °C, což už je obyčejně velmi vysoko. Významné množství přechlazené vody se neobjevuje již při teplotách pod -20 °C. Krátce k termínu desublimace. Občas někteří nesprávně používají výraz sublimace, což je však opačný proces, tj. přechod pevného skupenství do plynného. Často se používá tento pojem v širším pojetí zahrnujícím oba procesy. Aby byl výklad trochu přesnější, uvedu zde tři hlavní procesy, které vedou k tvorbě obvyklých ledových krystalků v atmosféře. Jsou jimi především:

• difuzní depozice (zjednodušuji záměrně pojmem desublimace)
• přirůstání (přimrzání)
• slučování (agregace)

Neměl bych asi opomenout i přímé mrznutí přechlazené vody v led. To však není tak moc častým jevem při vývoji kupovité oblačnosti. Podrobnější pojednání o vzniku ledových krystalků však není náplní článku, neboť obecně problematika vzniku ledových krystalků a zejména stěžejního vlivu ledotvorných jadérek (krystalizačních jader) je velmi rozsáhlá a daleko složitější než by se dalo očekávat. V článku navíc zahrnuji pod pojmem kondenzační jádra jak jádra podporující kondenzaci vody, tak i ledu, což je při bližším pohledu jinak nepřípustné. Desublimaci jsem již zmínil. Typickým výsledkem desublimace je vznik některých námrazových jevů na zemském povrchu (např. jíní). Desublimace se v oblačnosti uskutečňuje zejména nad povrchem ledových krystalků, ale i v čistém vzduchu s kondenzačními jádry, ojediněle i bez nich. Je to méně energeticky náročný proces, proto nejvíce zastoupený při tvorbě srážkotvorných částic. Z důvodů zmíněných níže se nejvíce projevuje narůstání ledové hmoty u částic dendritů, tvořících se ve výškách s teplotami mezi - 12 °C a - 16 °C. Druhý proces je patrný v oblastech oblaku, kde je voda ve všech skupenstvích. Zde naráží tekutá voda (obvykle přechlazená) na ledové krystalky a tato voda pak rychle přimrzá a zvětšuje tak objem ledové částice. Podobný jev je také možné pozorovat na zemi, např. při výskytu ledovky nebo namrzajícího deště, popř. i průsvitné námrazy. Teplota přechlazené vody a rychlost srážek [částic] obvykle rozhoduje o tom, jak rychle voda dokáže na ledové částici zamrznout, zda ji celou vyplní (týká se hlavně styku s dutými ledovými částicemi), popř. obteče a jaký tvar takto postižené ledové částici vnutí. Mohou tak vznikat částice roztodivných tvarů. Přimrzání přechlazené vody k ledovým částicím probíhá obvykle v rozmezí izoterem 0 °C až - 10 °C. Vzniklé částice často zapřičiní a podpoří vznik námrazových krupek, ale i sněhových krupek, ojediněle i zmrzlého deště, u něhož ale nebývá vývoj nikdy jednoduchý. Kumulonimbus s přestřelujícím vrcholem
Manuel - Wetter-Foto.de Třetím a také častým procesem je slučování krystalků. Tento jev je možný v oblastech s teplotami těsně pod bodem mrazu. Dochází ke spojování jednotlivých ledových částic (i různých typů) a vytváření větších ledových celků. Příčinou je skutečnost, že určité ledové krystalky mají na svých okrajích obvykle slabou vodní vrstvičku, která při nárazu jiného krystalku přichytí, nebo chcete-li přilepí, jiný ledový krystalek. Tímto způsobem vznikají z jednoduchých ledových částic složitější. Klasickým příkladem je spojování jednotlivých dendritů (sněhových vloček) společně s jinými ledovými krystalky do celků někdy až impozantní velikosti.