Khí quyển và hải dương
Giáng thủy: Nước rơi
xuống trái đất
Nỗ lực đầu tiên nhằm phân loại các dạng mây khác nhau được thực hiện bởi người
Anh Luke Howard vào năm 1803.
Ông nhận thấy có hai loại mây cơ bản: mây tích, hay mây chất thành đống; và mây
tầng, hay mây xếp thành tầng. Hai thế kỷ sau, chúng ta vẫn phân loại theo hai loại
cơ bản này.
Mây tích là những đám mây trắng phồng thường được thấy vào một ngày nắng
mát. Nhìn chung chúng hình thành qua quá trình đối lưu - khi các “bọt” khí ấm
đem hơi ẩm lên trên từ mặt đất. Đáy của chúng phẳng, nằm tại mức mà bọt khí đạt
đến điểm sương của nó. Đỉnh của mây tích có thể cao 1,6km.
Mây tầng nhìn chung hình thành qua quá trình bình lưu - khi không khí ẩm, ấm
đưa một khối không khí nặng hơn lên trên cao. Tất nhiên là gió và các lực lượng
khác trong bầu khí quyển cũng thường biến các “tích” thành các “tầng” và ngược
lại. Kết quả là một lượng phong phú các hình dạng và các kiểu phụ của mây.
Vào năm 1894, Hội Đồng Khí Tượng Quốc Tế đã chia các hình dạng mây ra thành
10 loại, và nếu có những thay đổi nào đó thì sự phân chia này vẫn giữ nguyên.
Theo sự phân loại được công nhận trên toàn cầu, thì 10 dạng mây đó là: mây ti,
mây ti tích, mây ti tầng, mây trung tích, mây trung tầng, mây tầng tích, mây tầng
vũ, mây tầng, mây tích, và mây vũ tích.
Khí quyển và hải dương
Mỗi loại đều có một hình dạng và lượng mưa riêng biệt. Mười loại này nhìn chung
được nhóm lại thành bốn loại theo độ cao trung bình của các dạng mây. Bảng phân
chia ở trang 48-49 cho thấy một sự mô tả về mỗi loại mây và biểu tượng được sử
dụng để xác định chúng.
Các kiểu Mây khác
Kiểu chung được hình thành bởi các đám mây trên một vùng địa phương tại một
thời điểm xác định có thể khá phức tạp - phản ánh độ phức tạp của các lực nâng
chúng lên.
Một dạng mây đặc biệt quen thuộc là đường mây, những đám mây thuộc dạng này
hình thành theo những đường dài song song nhau. Đường mây được hình thành
với phạm vi khác nhau bởi các cơn gió phổ biến, nhưng những yếu tố khác liên
quan không được biết hết.
Trong khi hầu hết các đám mây đều hình thành và biến mất trong vài giờ hay trong
một ngày, thì những đám mây khác tồn tại bền hơn một cách khác thường. Một ví
dụ điển hình là cái gọi là mây sơn văn, hay mây núi.
Dạng này, do không khí ẩm dâng lên các sườn núi hình thành, có thể lơ lửng
quang sườn núi hay trên đỉnh núi trong nhiều ngày, thậm chí là khi có gió thổi.
Một đám mây nổi tiếng gọi là “khăn trải bàn” treo lơ lửng trên khắp mép của ngọn
núi Table tại Nam Phi. Nó có thể duy trì hình dạng cả kích thước của mình trong
một tuần, mặc dù mép thấp hơn của nó tiếp tục tạo ra mưa.
Mây có thể hình thành các dạng mỏng và lạ khi chúng bị kẹt trong các luồng gió
mạnh, những luồng gió thổi nhanh một vòng quanh địa cầu qua tầng bình lưu.
Những đám mây tia gió nhìn chung, nhưng không phải lúc nào cũng vậy, có các
tinh thể băng do nhiệt độ tại tầng bình lưu thấp hơn nhiều so với nhiệt độ đóng
Khí quyển và hải dương
băng. Những đám mây tia gió chuyển động và thay đổi này thường trải dài 800km
hoặc hơn.
Những đám mây khác hình thành từ các hoạt động của con người. Ví dụ như các
vệt ngưng tụ của máy bay hình thành từ hơi ẩm trong khí thải của máy bay. Mỗi
3,8l xăng được tiêu thụ bởi một máy bay có thể thêm 5,7l hơi nước vào không khí.
Tại nhiệt độ dưới zero ở các vùng cao, hơi nước này có thể ngay lập tức tích tụ lại
và hình thành một vệt mây mỏng và bền.
Hoạt động của con người cũng có thể tạo ra ảnh hưởng vô thức đến sự thay đổi các
đặc tính vật lý của mây thiên nhiên. Các hạt phân tử sulfur, ví dụ, tích tụ trong
những đám mây bay theo hướng gió của các nhà máy năng lượng khí và dầu.
Những đám mây ô nhiễm này bức xạ trở lại không gian nhiều hơn là những đám
mây sạch. Kết quả có thể là sự lạnh lên đáng kể của vùng đất bên dưới.
Như ví dụ trên nhấn mạnh, các đám mây không chỉ có nước. Gió có thể hình thành
những đám mây bụi khổng lồ. Mây dạng phễu kết hợp với một cơn lốc xoáy là
một hỗn hợp các giọt nước, bụi và vụn.
Các nghiên cứu về Mây gần đây
Các nhà khoa học nghiên cứu bầu khí quyển đã từ lâu nghiên cứu những đám mây
bằng cách sử dụng các tia ánh sáng mạnh của một dụng cụ gọi là dụng cụ đo trần
mây. Gần đây hơn, các tia laser trở thành công cụ được lựa chọn, do các tia sáng
mạnh của nó có thể xâm nhập và những đám mây nặng hơn là tia sáng bình
thường. Các nhà khoa học sử dụng tia laser để dò tìm và nghiên cứu những đám
mây xa xôi.
Những dụng cụ đo trần mây được trang bị tia laser cung cấp dữ liệu về độ cao, mật
độ, và khoảng cách giữa các dạng mây, và thậm chí có thể dò tìm hơi ẩm của bầu
khí quyển mà mắt thường không thể thấy được.
Khí quyển và hải dương
Các nhà khí tượng học cũng sử dụng sóng radar để dò tìm những đám mây bão.
Gần đây hơn, họ trở nên phụ thuộc vào vệ tinh để theo dấu các kiểu mây và sự vận
động của chúng trên phạm vi toàn cầu. Điều này khiến cho việc dự báo ngày càng
chính xác hơn.
Giáng thủy lỏng
Phần lớn mưa trên thế giới bắt nguồn từ các tinh thể băng hay các hạt phân tử
đóng băng khác tại nhiệt độ dưới mức đông giá của các đám mây. Khi chúng rơi
xuống qua lớp không khí ấm hơn, các hạt phân tử rắn này tan chảy.
Tuy nhiên, tại những vùng nhiệt đới, các đám mây mưa có thể không bao giờ đạt
đến nhiệt độ dưới mức đông giá, do đó các giọt nước của mây đơn giản tăng lên về
kích thước đến khi chúng đủ lớn để rơi xuống.
Giáng thủy lỏng có thể đươc chia ra thành ba loại cơ bản: sương mù, mưa phùn và
mưa. Sự khác biệt cơ bản là về mặt kích thước (hay đường kính) của giọt nước.
Sương mù thường rơi qua các đám mây sương và mây tầng. Nó chứa các giọt
nước rất nhỏ, chỉ đủ lớn để có thể tan ra trên mặt và da. Các hạt phân tử sương mù
nhìn chung có kích thước bán kính từ 0,005 đến 0,05cm. Hàm lượng nước chung
của một màn sương hay đám mây tạo sương mù là khá thấp.
Mưa phùn chứa các giọt mưa nhỏ có bán kính từ 0,02 đến 0,05cm. Nó hình thành
nên các màn sương và các đám mây tầng dày hơn. Mặc dù các giọt của mưa phùn
Khí quyển và hải dương
nhỏ nhưng chúng có khá nhiều. Mưa phùn có thể rơi nhiều trong nhiều ngày cùng
một lúc. Chính một lượng giáng thủy ẩm ướt và mỏng gây ra một ít xói mòn khi
nó từ từ thấm ướt mặt đất.
Mưa là thuật ngữ được dùng để chỉ các giọt mưa rơi xuống với đường kính nhỏ
nhất khoảng 0,05cm. Một số giọt mưa lớn có đường kính lớn hơn 0,8cm. Lượng
mưa cũng nặng hơn, hay dày đặc hơn là mưa phùn. Nhìn chung mưa lên đến ít
nhất là 0,5cm một giờ khi được đo bằng vũ kế; một trận mưa lớn có thể tạo ra
lượng mưa cao hơn. Mưa thường rơi xuống từ các đám mây dông hay mây tích.
Mưa giá, hay mưa băng, được hình thành khi các đám mây mưa ấm hơn mặt đất
bên dưới chúng. Giáng thủy rơi xuống Trái đất dưới thể lỏng, sau đó đông lại khi
nó va chạm với các vật thể rắn. Kết quả là một lớp phủ băng rõ rệt trên khắp
những gì mà mưa chạm đến. Mưa giá xuất hiện trên một phạm vi rộng lớn gọi là
bão băng.
Bão băng, mặc dù may mắn là hiếm, thực sự ảnh hưởng đến Bắc Mỹ vào mùa
đông, dọc theo một con đường chạy dài ra hướng tây từ New England và bờ biển
trung Đại Tây Dương, qua Central Lowlands đến Nebraska, Kansas, và Oklahoma.
Mưa tuyết bắt đầu dưới dạng mưa lỏng, rồi sau đó đông lại trên đường rơi xuống
Trái đất. Mưa tuyết thường hòa lẫn với bông tuyết. Bông tuyết bị tan ra và đông
trở lại, dẫn tới một mô tả phổ biến là “mưa cố gắng thành tuyết”. Mưa tuyết trút
xuống các ô cửa sổ và đôi khi gây tổn hại đến những cây mới mọc. May mắn là
các hạt phân tử của mưa tuyết thường nhỏ, bằng khoảng kích thước của mưa phùn.
Giáng thủy rắn
Như đã đề cập trước đó, hầu hết giáng thủy đều bắt đầu dưới dạng tinh thể băng
trong những đám mây dưới mức đông giá. Với khí hậu ôn hòa và lạnh, giáng thủy