กระบวนการการเกิดเมฆ

1. เสถียรภาพอากาศกับการยกตัวของก้อนอากาศ

1.1. กรณี 1 : เรียกว่า ภาวะทรงตัวสัมบูรณ์(absolute stability) ; อัตราการเปลี่ยนอุณหภูมิตามระดับความสูงของบรรยากาศมีค่าน้อยกว่าอัตรา adiabatic ของอากาศอิ่มตัว ทำให้อุณหภูมิก้อนอากาศแห้งและอุณหภูมิก้อนอากาศอิ่มตัวต่ำกว่าอุณหภูมิอากาศโดยรอบ

1.1.1. เกิดการยับยั้งการยกตัวของก้อนอากาศ

1.2. กรณี 2 : ภาวะไม่ทรงตัวสัมบูรณ์(absolute instability) ; อัตราการเปลี่ยนอุณหภูมิตามระดับความสูงของบรรยากาศมีค่ามากกว่าอัตรา adiabatic ของอากาศแห้ง ทำให้อุณหภูมิก้อนอากาศแห้งและอุณหภูมิก้อนอากาศอิ่มตัวสูงกว่าอากาศโดยรอบ

1.2.1. เกิดสภาวะส่งเสริมการยกตัวของก้อนอากาศ

1.3. กรณี 3 : ภาวะไม่ทรงตัวแบบมีเงื่อนไข(conditional instability) ; อัตราการเปลี่ยนอุณหภูมิตามระดับความสูงของบรรยากาศมีค่าอยู่ระหว่างอัตรา adiabaticอากาศอิ่มตัวและอากาศแห้ง

1.3.1. อาจเกิดภาวะยับยั้งหรือส่งเสริมการยกตัวก้อนอากาศ ขึ้นอยู่กับว่าเป็นก้อนอากาศแห้งหรืออิ่มตัว

1.4. กรณี 4 : ภาวะทรงตัวอย่างเป็นกลาง ; อัตราการเปลี่ยนอุณภูมิตามระดับความสูงของบรรยากาศ เท่ากับอัตราadiabaticของอากาศแห้ง หรือ อากาศอิ่มตัว

1.4.1. ไม่เกิดภาวะส่งเสริมหรือยับยั้งการยกตัวของก้อนอากาศ

2. การยกตัวของอากาศกับการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิ

2.1. ทำไมลูกโป่งขยายใหญ่ขึ้นเมื่อลอยสูงขึ้น ?

2.2. ก้อนอากาศ (air parcel)

2.2.1. ขนาดประมาณลูกบาสเก็ตบอล

2.2.2. ห่อหุ้มด้วยผนังยืดหยุ่นได้ ทำหน้าที่เป็น ฉนวนกันความร้อน

2.2.2.1. ทำให้ไม่เกิดการถ่ายโอนความร้อนระหว่างอากาศภายในและภายนอกก้อนอากาศ

2.2.2.2. ความกดอากาศภายในและภายนอกก้อนอากาศจะมีค่าเท่ากันเสมอที่ระดับความสูงเดียวกัน

2.2.3. เมื่อก้อนอากาศยกตัวสูงขึ้น

2.2.3.1. ความกดอากาศโดยรอบลดลง -> ก้อนอากาศขยายใหญ่ขึ้น ปริมาตรมากขึ้น จนความกดอากาศภายในมีค่าเท่ากับความกดอากาศภายนอก

2.2.3.1.1. ส่งผลให้อุณหภูมิภายในก้อนอากาศลดลง

2.2.4. เมื่อก้อนอากาศจมตัวขึ้น

2.2.4.1. ความกดอากาศโดยรอบเพิ่มขึ้น -> ก้อนอากาศหดตัวลง ปริมาตรลดลง จนความกดอากาศภายในมีค่าเท่ากับความกดอากาศภายนอก

2.2.4.1.1. ส่งผลให้อุณหภูมิภายในก้อนอากาศเพิ่มขึ้น

2.3. กระบวนการแอเดียเบติก (Adiabatic Process)

2.3.1. อัตราแอเดียเบติกของอากาศแบบแห้ง ( Dry Adiabatic Lapse-rate )

2.3.1.1. อุณหภูมิก้อนอากาศลดลงในอัตราประมาณ 10 องศาเซลเซียสต่อกิโลเมตร ซึ่งมีค่าค่อนข้างคงที่

2.3.2. อัตราแอเดียเบติกของอากาศแบบเปียก ( Wet Adiabatic Lapse-rate )

2.3.2.1. อุณหภูมิของก้อนอากาศลดต่ำลง -> ความชิ้นสัมพัทธ์สูงขึ้น -> ค่าความชื้นสัมพัทธ์มีค่า 100% อากาศจะอิ่มตัวไปด้วยไอน้ำ -> ควบแน่นเป็นละอองน้ำ + คายความร้อนแฝงออกมา

2.3.2.2. ก้อนอากาศที่กำลังยกตัวมีอุณหภูมิลดลงด้วยอัตรา 6 องศาเซลเซียสต่อกิโลเมตร

3. กระบวนการเกิดเมฆ

3.1. กระบวนการเกิดเมฆก้อน

3.1.1. ก้อนอากาศยกตัวอย่างต่อเนื่องทำให้ไอน้ำ ควบแน่นเป็นละอองน้ำ,เป็นกลุ่มก้อนละอองน้ำที่มีขนาดใหญ่ขึ้นและลอยขึ้นไปบนท้องฟ้า เกิดเป็นเมฆก้อน

3.1.2. เมฆก้อน เช่น เมฆคิวมูลัส เมฆคิวมูโลนิมบัส

3.1.3. การยกตัวเกิดได้ดีในสภาวะไม่ทรงตัวสัมบูรณ์

3.1.4. หากมีกลไกกระตุ้นให้ก้อนอากาศเริ่มยกตัว หลังจากนั้นก้อนอากาศจะยกตัวได้เองอย่างต่อเนื่อง

3.1.5. หากอุณหภูมิก้อนอากาศและอากาศโดยรอบต่างกันมาก ก้อนอากาศจะยกตัวรุนแรง ส่งผลให้มีโอกาศเกิดเมฆคิวมูโลนิมบัส ซึ่งเป็นสาเหตุของพายุฝนฟ้าคะนองที่รุนแรง

3.2. เมฆแผ่นเกิดได้ทั้งในเสถียรภาพอากาศแบบภาวะทรงตัวสัมบูรณ์และภาวะไม่ทรงตัวแบบมีเงื่อนไข

3.3. กระบวนการเกิดเมฆแผ่น

3.3.1. ก้อนอากาศที่กำลังยกตัวสูงขึ้นแต่ถูกภาวะของบรรยากาศยับยั้งไว้ จะทำให้ก้อนอากาศแผ่ออกในแนวราบ และถ้าไอน้ำเกิดการควบแน่นจะทำให้เกิดเมฆที่มีลักษณะเป็นแผ่น

3.3.2. เมฆแผ่น เช่น เมฆสเตรตัส เมฆนิมโบสเตรตัส

3.3.3. หากไม่มีกลไลฃ่วยให้ก้อนอากาศยกตัว ก้อนอากาศจะไม่สามารถยกตัวขึ้นได้ ทำให้ไม่เกิดเมฆ ท้องฟ้าจึงปลอดโปร่ง เช่น ในช่วงฤดูหนาว

4. กลไกการยกตัวของอากาศเเละการเกิดเมฆ

4.1. การพาความร้อน

4.1.1. พื้นผิวโลกบางบริเวณดูดกลืนรังสีดวงอาทิตย์ได้ดี ทำให้มีอุณหภูมิสูงกว่าบริเวณอื่นๆ ความร้อนจากพื้นผิวโลกจะถูกถ่ายโอนมายังอากาศที่อยู่ใกล้พื้นผิวบริเวณนั้นอากาศ จึงมีอุณภูมิสูงกว่าอากาศโดยรอบเเละเกิดการยกตัว อากาศที่ยกตัวสูงขึ้นจะเกิดการขยายตัว พร้อมกับมีอุณหภูมิลดลงทำให้ความชื้นสัมพัทธ์เพิ่มขึ้นเมื่อความชื้นสัมพัทธ์มีค่า100เปอร์เซ็นต์ ไอน้ำจะควบเเน่นเป็นละอองน้ำทำให้เกิดเป็นเมฆก้อน

4.1.2. การประเมินขนาดของเมฆก้อนสามารถทำได้โดยระบุระดับความสูงที่เป็นฐานเมฆเเละยอดเมฆ เเละเมื่ออุณหภูมิก้อนอากาศเท่ากับอุณหภูมิจุดน้ำค้าง(ความชื้นสัมพัทธ์มีค่า 100 เปอร์เซ็นต์)ไอน้ำจึงเริ่มควบเเน่นเป็นละอองน้ำ เรียกระดับความสูงที่ไอน้ำเริ่มควบเเน่นว่า ระดับความควบเเน่น หรือระดับฐานเมฆ

4.2. ลักษณะภูมิประเทศ

4.2.1. อากาศที่เคลื่อนที่ในเเนวราบเมื่อปะทะเข้ากับเเนวสันเขาจะถูกบังคับให้ยกตัวสูงขึ้นเเละอาจเกิดเป็นเมฆได้ เช่น อากาศบริเวณเชิงเขาที่อยู่ด้านต้นลมมีอุณหภูมิ 24 องศาเซลเซียส เเละมีอุณหภูมิจุดน้ำค้าง 16 องศาเซลเซียส เมื่ออากาศเคลื่อนที่เข้าปะทะกับเเนวสันเขาเเละยกตัวขึ้นถึงระดับความสูง 1 กิโลเมตร อุณหภูมิอากาศเเละอุณหภูมิจุดน้ำค้างจะเท่ากันที่14องศาเซลเซียส ไอน้ำจึงเริ่มควบเเน่นเป็นละอองน้ำทำให้เกิดเมฆเเละหยาดน้ำฟ้า เมื่ออากาศเคลื่อนที่ถึงยอดเขาอุณหภูมิอากาศจะสูงกว่าโดยรอบทำให้อากาศสามารถยกตัวขึ้นต่อไปได้อีก ยอดเมฆจึงสูงขึ้นเรื่อยๆ

4.2.2. พื้นที่บริเวณที่มีหยาดน้ำฟ้าน้อยกว่าพื้นที่อื่นๆ เรียกว่าพื้นที่อับฝน ซึ่งอาจเกิดความเเห้งเเล้งจนกลายเป็นทะเลทราย

4.2.3. เมื่ออากาศเคลื่อนที่ขึ้นจนถึงระดับความควบเเน่น ไอน้ำก็จะควบเเน่นเป็นละอองน้ำ เเละเมื่ออากาศเคลื่อนที่ลงต่ำกว่าระดับความควบเเน่น ละอองน้ำก็จะระเหยกลับเป็นไอน้ำ ส่งผลให้เกิดเมฆก้อนที่มีลักษณะคล้ายกับจานบิน เรียกว่าเมฆรูปเลนส์

4.3. การลู่เข้าหากันของอากาศ

4.3.1. การเคลื่อนที่เข้าหากันของอากาศรอบหย่อมความกดอากาศต่ำ ทำให้อากาศตรงกลางยกตัวขึ้นเป็นเมฆ

4.3.2. การลู่เข้าหากันของอากาศบริเวณร่องความกดอากาศต่ำ ส่งผลให้ตลอดเเนวร่องความกดอากาศต่ำ มีเเถบเมฆยาว จะเกิดช่วงพฤษภาคถึงกันยายนของไทย ทำให้ฝนตกต่อเนื่อง

4.3.3. การลู่เข้าหากันของอากาศเนื่องจากอัตราเร็วลมที่ต่างกัน ส่งผลให้อากาศที่อยู่ด้านหลังเคลื่อนที่เข้าหาอากาศที่อยู่ด้านหน้า อากาศตรงกลางจึงถูกดันให้ยกตัวสูงขึ้น

4.4. เเนวปะทะอากาศ

4.4.1. เเนวปะทะอากาศอุ่น

4.4.1.1. มวลอากาศอุ่นเคลื่อนปะทะมงลอากาศเย็นกว่า มวลอากาศเย็นจะจมตัว มวลอากาศอุ่นจึงยกตัวสูงขึ้น ส่งผลให้เกิดเมฆเเผ่น เกิดหมอก ฝนพรำๆเป็นบริเวณกว้าง

4.4.2. เเนวปะทะอากาศเย็น

4.4.2.1. มวลอากาศเย็นเคลื่อนปะทะมวลอากาศอุ่น โดยมวลอากาศเย็นจะดันให้มวลอากาศอุ่นยกตัวอย่างรวดเร็วทำให้เกิดเมฆก้อน

4.4.2.2. ด้านหน้าเเนวปะทะพบเมฆริ้วเเละเมฆเเผ่นในระดับสูง บริเวณเเนวปะทะอากาศเเปรปรวน ฝนตกหนัก

4.4.3. เเนวปะทะอากาศคงที่

4.4.3.1. มวลอากาศอุ่นเเละเย็นปะทะกัน เเล้วมวลอากาศทั้งสองเกือบไม่เคลื่อนที่เลย

4.4.3.2. สภาพอากาศเเตกต่างตามสมบัติของมวลอากาศ

4.4.3.2.1. มวลอากาศความชื้นต่ำ ท้องฟ้ามักปลอดโปร่ง

4.4.4. เเนวปะทะอากาศรวม

4.4.4.1. เเนวปะทะอากาศเย็นเคลื่อนเข้าหาเเนวปะทะอากาศอุ่นเเล้วดันให้มวลอากาศที่อยู่ตรงกลางซึ่งอุ่นกว่ายกตัวขึ้น

4.4.4.2. ส่งผลให้ด้านหน้าเเนวปะทะอากาศรวม อากาศเช่นเดียวกับเเนวปะทะอากาศอุ่น เเละด้านหลังเเนวปะทะอากาศรวมพบอากาศเเบบเเนวปะทะอากาศเย็น