ابر، باران و برف

در یک صبح سرد زمستانی نفس می‌کشی و بخار سفیدی جلوی دهانت پیدا می‌شود. نفس تو گرم و پر از بخار آب است؛ به‌محض برخورد با هوای سرد، بخارش به قطرک‌های ریز آب تبدیل می‌شود و تو آن‌ها را می‌بینی. ابرهای آسمان دقیقاً با همین دستور ساخته می‌شوند، فقط در ابعادی بسیار بزرگ‌تر.

چرا ابر تشکیل می‌شود؟

هوای گرم و مرطوب نزدیک زمین سبک‌تر است و بالا می‌رود. هرچه بالاتر برود فشار دور و برش کمتر می‌شود، پس منبسط می‌شود و دمایش پایین می‌آید؛ به‌طور تقریبی هر یک کیلومتر صعود، حدود ۱۰ درجهٔ سلسیوس سرد شدن به همراه دارد. هوای سردتر ظرفیت کمتری برای نگه‌داشتن بخار دارد. وقتی دما به نقطهٔ شبنم برسد، بخار روی ذره‌های ریز گرد و غبار، دوده یا نمک دریا می‌نشیند و قطرک می‌سازد. به این ذره‌ها هستهٔ میعان می‌گویند و بدون آن‌ها ابر به‌سختی ساخته می‌شود.

برای تخمین سریع نقطهٔ شبنم می‌توانی از قاعدهٔ سرانگشتی استفاده کنی: نقطهٔ شبنم تقریباً برابر است با دما منهای حاصل تقسیم (۱۰۰ − رطوبت نسبی) بر ۵. سپس ارتفاع پایهٔ ابر تقریباً برابر ۱۲۵ ضرب‌در اختلاف دما و نقطهٔ شبنم بر حسب متر می‌شود.

از قطرک تا قطرهٔ باران

قطرک ابر بسیار ریز است؛ قطرش حدود ۰٫۰۲ میلی‌متر و آن‌قدر سبک که در هوا معلق می‌ماند. قطرهٔ باران قطری نزدیک ۲ میلی‌متر دارد، یعنی حدود ۱۰۰ برابر قطر قطرک؛ و چون حجم با توان سه قطر رشد می‌کند، حجمش حدود یک میلیون برابر است. پس برای ساختن یک قطرهٔ باران باید حدود یک میلیون قطرک به هم بپیوندند. همین است که گاهی ابر در آسمان هست ولی باران نمی‌بارد.

برف وقتی به زمین می‌رسد که دمای هوا از داخل ابر تا سطح زمین زیر صفر بماند. اگر وسط راه لایه‌ای گرم باشد، بلور برف آب می‌شود و به شکل باران یا باران یخ‌زده فرود می‌آید.

یک مثال عددی حل‌شده

در شبیه‌ساز دما را روی ۵ درجه و رطوبت نسبی را روی ۹۰ درصد بگذار. پایهٔ ابر تقریباً در چه ارتفاعی است؟

1. نقطهٔ شبنم: ۵ − (۱۰۰ − ۹۰) ÷ ۵ = ۵ − ۲ = ۳ درجهٔ سلسیوس.
2. اختلاف دما و نقطهٔ شبنم: ۵ − ۳ = ۲ درجه.
3. ارتفاع پایهٔ ابر: ۱۲۵ × ۲ = ۲۵۰ متر.
4. حالا همین کار را برای دمای ۲۵ درجه و رطوبت ۶۰ درصد تکرار کن: نقطهٔ شبنم ۲۵ − ۸ = ۱۷ درجه و اختلاف ۸ درجه.
5. ارتفاع پایهٔ ابر: ۱۲۵ × ۸ = ۱۰۰۰ متر.

پس هوای سرد و بسیار مرطوب، ابری بسیار پایین می‌سازد که گاهی روی زمین می‌نشیند و همان مه است؛ اما هوای گرم‌تر و خشک‌تر پایهٔ ابر را به ارتفاع یک کیلومتری می‌برد. محاسبهٔ دقیق‌تر برای حالت اول عدد ۱۹۰ متر می‌دهد که پیام آن همان است: ابر بسیار پایین.

کاربرد واقعی

برج مراقبت فرودگاه‌ها ارتفاع پایهٔ ابر و اختلاف دما و نقطهٔ شبنم را دقیقه‌به‌دقیقه دنبال می‌کند؛ اگر این اختلاف به صفر نزدیک شود، خطر مه و کاهش دید جدی می‌شود. کارشناسان منابع آب هم عمق برف کوهستان را می‌سنجند: به‌طور تقریبی هر ۱ سانتی‌متر باران معادل ۱۰ سانتی‌متر برف تازه است، پس از روی ضخامت برف می‌توان حدس زد بهار چقدر آب در رودخانه‌ها جاری می‌شود.