Norii reprezintă suspensii de picături de apă și/sau cristale de gheață în atmosferă și care de regulă nu ating solul. Pentru formarea norilor vaporii de apă trebuie să ajungă la nivelul de condensare, proces ce apare atunci când aerul saturat este răcit adiabatic. Cu alte cuvinte, pentru a apărea norii, aerul trebuie răcit până ating e temperatura punctului de rouă. Mecanismul de formare al norilor conține mai multe procese, apa în natură existând în diferite forme de agregare: a. Evaporarea – Procesul fizic de trecere a apei din stare lichid ă în stare gazoasă (vapori). Evaporarea se face cu consum de căldură și pentru un gram de apă sunt necesare aproximativ 600 de calorii.
Căldura consumată se numește “căldură latentă de evaporare”. Evaporarea depinde de temperatură, de diametrul suprafeței și de starea de agitație a aerului și contribuie la dispariția norilor și împiedică uneori căderea precipitațiilor. b. Condensarea – Fenomenul prin care apa trece din stare ga zoasă în stare lichidă. În acest caz se degajă o cantitate de căldură numită “căldură latentă de condensare”. Pentru producerea condensării este necesar ca vaporii de apă să ajungă într-un stadiu de saturație și chiar de ușoară suprasaturație. Aceasta se poate realiza prin răcire (prin scăderea temperaturii), până se ajunge la temperatura punctului de rouă.
Răcirea în natură poate avea loc prin: - Detenă (destindere-trecere la un volum mai mare și la o presiune mai mică) - Amestec cu aer mai rece-Radiație-Contact cu o suprafață rece În atmosferă, pentru producerea condensării este necesar să existe nuclee de condensare (particule higroscopice, pulberi fine, etc.) c. Solidificare – Fenomenul prin care apa trece în stare solidă. Procesul are loc atunci când temperatura scade sub 0 ℃. Transformarea apei în gheață este însoțită de o eliberare de căldură, numită “căldură latentă de solidificare”. d. Topire – Fenomenul invers solidificării, trecerea din stare solidă în stare l ichidă.
Un fenomen aparte este a cela al menținerii, în anumite cazuri, apei în stare lichidă la temperaturi inferioare 0℃. Fenomenul poartă denumirea de suprarăcire. În nori, picăturile de apă se pot menține în stare lichidă uneori până la aproape de-40℃. Dacă o aeronavă intră în contact cu picăturile suprarăcite se produce givrarea aeronavei. e. Sublimare – Fenomenul de trecere directă a apei din stare solidă în stare de vapori. Un exemplu de sublimare îl reprezintă trenele de condens produse de aeronavele care zboară la altitudine mare. f. Desublimare-Fenomenul invers sublimării, trecerea directă din vapori de apă în stare de cristale. 5.1.1.1.
Formarea curenților ascendenți Cel mai comun mod de formare al norilor este acela prin care aerul este ridicat și răcit adiabatic până la punctul său de rouă. Exi stă câteva mecanisme pentru form area curenților ascendenți, iar cel mai comun este procesul de convecție. Schimbările maselor de aer care duc la formarea norilor pot fi: Radiația nocturnă. Răcirea aerului pe timpul nopții poate produce inversiune termică într-o masă de aer ceea ce poate duce la formarea unei pături de nori. De exemplu, ceața de radiație poate fi considerată un nor la sol. Ziua, datorită încălzirii aerului, ceața se ridică transformându-se în plafon. Procesele de convecție.
Acestea pot fi termice sau dinamice, ambele producându-se cu un pronunțat caracter vertical. Convecția termică este locală, cauza ei fiind încălzirea neuniformă a scoarței terestre. Pământul uscat, rocile, terenurile nisipoase sau clădirile se încalzesc mai puternic decât pădurile, terenurile mlăștinoase sau suprafețele cu apă. Datorită acestei încălziri neuniforme apar curenți de convecție ascendenți care ajungând la nivelul de condensare dau naștere norilor de tip Cumulus. Prin alimentare cu energie termică acești nori se pot dezvolta în Cumulonimbus. Convecția dinamică are un caracter frontal.
O masă de aer rece, care se deplasează rapid, va forța masa de aer cald pe care o întâlnește, să se ridice. Se produce o condensare din care rezultă nori cumuliformi. În timpul zilei, suprafața pământului se încalzește diferit, datorită neuniformității suprafețelor (contrastul dintre o suprațată închisă la culoare și o alta mai deschisă, exemplu cultură-pădure, suprafață de apă-uscat). Aerul de deasupra suprafeței mai calde se va încălzi la o temperatură mai mare decât cea a aerului înconjurător, devenind mai puțin dens și mai ușor. Aerul mai cald va urca și se va răci adiabatic.
Când aerul a urcat până ce a atins temperatura punctului de rouă, va apărea condensarea și formarea norilor convectivi [1]. Fig.5.1. Formarea norilor prin convecție [1] Norii convectivi se dezvoltă în plan vertical. În mod normal convecția în plan lateral are o dezvoltare mică, dar în anumite situații, precum dezvoltarea norilor Cumulonimbus, convecția este mult mai extinsă [1]. Baza convectivă a norului. Dacă aerul este foarte uscat, va avea o temperatură a punctului de rouă relativ mică. Astfel aerul uscat va trebui să urce la o altitudine destul de mare pentru a se răci până la temperatura punctului de rouă. Fig.
5.2 Baza norilor convectivi [1] O metodă pentru determinarea bazei norilor este formula următoare: (𝑻𝒆𝒎𝒑𝒆𝒓𝒂𝒕𝒖𝒓𝒂 ℃−𝑻𝒆𝒎𝒑𝒆𝒓𝒂𝒕𝒖𝒓𝒂 𝒑𝒖𝒏𝒄𝒕𝒖𝒍𝒖𝒊 𝒅𝒆 𝒓𝒐𝒖ă ℃)×𝟏𝟎𝟎𝟎 𝟑 = 𝒃𝒂𝒛𝒂 𝒏𝒐𝒓𝒊𝒍𝒐𝒓 î𝒏 𝒑𝒊𝒄𝒊𝒐𝒂𝒓𝒆 (𝒇𝒆𝒆𝒕) Această formulă reprezintă diferența dintre temperatura la suprafața solului și temperatura punctului de rouă (exprimate în grade Celsius), diferență împărțită la gradientul uscat al mediului (DALR – Dry Adiabatic Lapse Rate cu valoarea de 3 ℃/1000 ft) și după multiplicat cu 1000 pentru a obține înălțimea bazei norului deasupra solului în picioare (feet).
De exemplu, temperatura la suprafața solului este de 20 ℃, temperatura punctului de rouă este de 8℃ și baza norului cumulus este la 4000 picioare (feet): (𝟐𝟎 − 𝟖) 𝟑 = 𝟏𝟐 𝟑 × 𝟏𝟎𝟎𝟎 = 𝟒𝟎𝟎𝟎 𝒑𝒊𝒄𝒊𝒐𝒂𝒓𝒆 (𝒇𝒆𝒆𝒕)𝒅𝒆𝒂𝒔𝒖𝒑𝒓𝒂 𝒔𝒐𝒍𝒖𝒍𝒖𝒊 Baza norilor este calculată ca înălțimea deasupra nivelului solului, în consecință, baza norului convectiv se va afla la o altitudine mai mare (distanța verticală de asupra nivelului mării), deasupa zonelor înalte (dealuri) comparativ cu zonele joase (șes, câmpie). Valoarea bazei norilor se poate obține, pentru zona de aerodrom, din mesajele meteorologice de tip TAF (Terminal Aerodrome Forecast) și METAR (Meteorological Terminal Air Report) [1].
Procesul de ascendență prin alunecare poate fi de natură orografică sau frontală. Aerul care urcă pe panta unui munte (vânt anabatic) se răcește treptat, umezeala crește și apar nori din care pot cădea precipitații. După creasta muntelui aerul coboară (vânt catabatic), temperatura lui începe să crească, umezeala scade și norii dispar. Acest fenom en este cunoscut sub numele de Fohn. Uneori, în zona de sub vânt apar și undele staț ionare și nori tipici rotori și lenticulari (AC Lenticularis). În cazul proceselor frontale, aerul cald care alunecă deasupra celui rece dă naștere sistemelor de nori de mare extindere. Nori formați datorită orografiei.
Dacă aerul instabil este forțat să urce pe panta unui munte, acesta va continua să urce și odată ce a ajuns la vârful muntelui, se va forma un nor cumuliform deoarece aerul ajunge la temperatura punctului de rouă. Acest tip de nor se numește nor orografic și depinde de stabilitatea aerului. Într-o atmosferă instabilă, no rii orografici pot continua dezv oltarea pe verticală dezvoltându-se în nori cumuliformi, chiar și Cumulonimbus. Fig.5.3 Nor orografic cumuliform dezvoltat în condiții de instabilitate atmosferică În condiții de stabilitate atmosferică, norii orografici nu se dezvoltă în plan vertical formandu-se nori stratiformi (Nor Pileus). Fig. 5.4.
Nori orografici formați în condiții de stabilitate atmosferică Norii lenticulari și rotori. Atunci când o masă de aer se deplasează peste dealuri sau lanțuri muntoase, atmosfera stabilă poate duce la formare a undelor staționare cu norii de tip lenticulari și rotori. Fig. 5.5. Norii asociați undelor montane în condiții atmosferice stabile 3). Nori formați în curenți ascendenți frontali. Atunci când o masă de aer cal d întâlnește o masă de aer mai rece, aerul cald este forțat să urce, astfel se va răci și dacă temperatura punctului de rouă este atinsă, se formează nori. Fig. 5.6.
Formarea norilor în cazul fronturilor atmosferice Procesul de amestec – o masă de aer cald și umed amestecându-se cu aerul rece va forma nori sau ceață prin condensarea vaporilor de apă din masa de aer cald. În atmosfera joasă, aerul poate fi răcit prin amestec turbulent. În stânga fig 5.7 gradientul real al mediului (ELR – Environmental Lapse Rate), temperatura ambiantă scade cu altitudinea cu o valoare de 1℃/1000 ft. Temperatura la 2000 ft este de 18℃ și la 3000 ft este de 17℃. Amestecul turbulent poate duce la scăderea temperaturii aproape de vârful stratului de amestec, acest lucru ducând la condensare și la formarea norilor. Fig.5.7.
Amestec turbulent în atmosfera joasă În timpul amestecului, temperatura din stratul de amestec este modificată de aerul forțat să urce sau să coboare la nivelul gradientului uscat al mediului (DALR – Dry Adiabatic Lapse Rate) de 3℃/1000 ft. După amestec, temperaturile medii din noul strat de amestec creat duc la o nouă valoare a gradientului real al mediului. Acum temperatura la 3000ft a coborât la 14℃, iar temperatura la 2000ft a coborât la 17℃. Dacă este suficientă umiditate, temperatura punctului de rouă poate fi atinsă și pot apărea nori cu caracter turbulent.
Nu se vor forma nori deasupra stratului de ame stec, deoarece temperatura nu scade suficient iar inversiunea termică este existentă. Convergența-Dacă două mase de aer converg una către cealaltă, aerul este forțat să urce în zona unde aceste mase de aer se întâlnesc. Norul format va fi de tip cumuliform, similar cu norul format în urma convecției. Fig. 5.8. Convergența a două mase de aer