קומולוס

קומולוס הוא סוג של ענן ערימה נמוך המתפתח אנכית ושקצותיו מוגדרים היטב. סימולו Cu.
בלטינית "קומולו" (Cumulo) פירושו ערימה. ניתן לתאר עננים אלה כנפוחים וכדמויי כותנה בהופעתם, והם בדרך כלל בעלי בסיסים שטוחים. מרחק ענני הקומולוס מהקרקע הוא בדרך כלל פחות מ -3,000 מטר, אלא אם כן מדובר בקומולוס מפותח (או דחוס, cumulus congestus) המתפתח אנכית אף יותר. ענני קומולוס עשויים להופיע בודדים, בשורות, או בקבוצות.
הימצאותם לעיתים קרובות מבשרת על סוגים אחרים של עננים, כגון קומולונימבוס - עם רמזים מגורמי מזג אוויר נוספים, כגון חוסר יציבות, לחות וגרדיינט טמפרטורה. בדרך כלל, ענני קומולוס אינם מביאים משקעים משמעותיים, אך הם יכולים להתפתח לקומולוס מפותח או קומולונימבוס נושאי משקעים. קומולוסים יכולים להיווצר מאדי מים, טיפונות מים בקירור יתר, או גבישי קרח - תלוי בטמפרטורת הסביבה. הקומולוסים מתקיימים בתתי צורות שונות, ובאופן כללי מקררים את כדור הארץ על ידי החזרת קרינת השמש. ענני קומולוס הם חלק מהקטגוריה הגדולה של ענני ערימה חופשיי קונבקציה (free-convective cumuliform clouds), הכוללים ענני קומולונימבוס. לפעמים הקומולונימבוס מסווג בנפרד בקבוצת "קומולונימבוסיים" (cumulonimbiform) בשל המבנה המורכב יותר שלו, שכולל לעיתים קרובות בחלקו העליון ענן צירוס או סדן. יש גם עננים קומולוסיים שנוצרים בתנאים של קונבקציה מוגבלת ומייצרים סטרטוקומולוס (עם מאפיין שכבתי - נמוך), אלטוקומולוס - ענני כבשים (בינוני) וצירוקומולוס (גבוה). שלושת הסוגים האחרונים מאופיינים לעיתים כסטרטוקומולוסיים.

היווצרות

ענני קומולוס נוצרים כתוצאה מקונבקציה באטמוספירה - כשאוויר המתחמם בקרקע מתחיל לעלות. כשהאוויר עולה, הטמפרטורה שלו יורדת (על פי מפל הטמפרטורה באטמוספירה), וגורמת ללחות היחסית לעלות. אם הקונבקציה מצליחה להביא את הלחות היחסית ל-100%, מתחיל השלב האדיאבטי הלח - המתבטאת בהתמתנות הירידה בטמפרטורה עם הגובה. בשלב זה משוב חיובי מתפתח: מאחר שהלחות היחסית מעל 100%, אדי מים מתעבים, משחררים חום כמוס, מחממים את האוויר ומעודדים את המשך הקונבקציה.
בשלב זה, אדי מים מתעבים על גרעיני התעבות שונים המצויים באוויר, ויוצרים ענני קומולוס. תהליך זה אחראי לצורה התחתית הנפוחה והשטוחה האופיינית הקשורים לענני קומולוס. גודל הענן תלוי בפרופיל הטמפרטורה של האטמוספירה ובנוכחותן של אינברסיות (היפוך - שכבת אוויר חם מעל אוויר קר). במהלך הקונבקציה, האוויר שמסביב נישא יחד עם הזרם התרמי, והמסה הכוללת של האוויר הנוסק עולה. גשם נוצר בענן קומולוס באמצעות תהליך הכרוך בשני בשלבים שאינם מובחנים. השלב הראשון מתרחש לאחר שהטיפות מתגבשות על גרעיני ההתעבות השונים. אירווינג לאנגמיור כתב שמתח פנים בטיפות המים מאפשר לחץ גבוה מעט יותר על הטיפה, עובדה המקטינה את לחץ האדים קמעא. הלחץ המוגבר מוביל להתאדות הטיפות, וששאר אדי המים מתעבים על הטיפות הגדולות יותר. בשל גודלן הקטן מאוד של טיפות המים המתאדות, תהליך זה הופך במידה רבה חסר משמעות לאחר שהטיפות גדלו לכ-20 עד 30 מיקרומטר, והשלב השני הופך שולט. בשלב הספיחה, טיפת גשם מתחילה לרדת, מתנגשת בטיפות אחרות וכך טיפת גשם גדלה.

תיאור

נמצא כי צפיפות טיפות המים בתוך ענן קומולוס משתנה עם הגובה, ואינה קבועה לכל אורכו. אם נניח כי ממש מתחת לבסיס הענן, הריכוז הוא אפס גרם של מים נוזליים לכל קילוגרם של אוויר, ככל שנגביה, הריכוז יגיע במהרה לריכוז המרבי, בסמוך לאמצע הענן. הריכוז המרבי הוא 1.25 גרם  מים לקילוגרם אוויר. הריכוז יורד באטיות עד שעולים לרום הענן, שם מגיע שוב לאפס.
ענני קומולוס עשויים להסתדר בשורות המשתרעות על פני 300 ק"מ. שורות אלה מכסות שטחים נרחבים ויכולות להיות רצופות או שבורות. הן נוצרות כאשר גזירת רוח גורמת לסירקולציה אופקית באטמוספירה, ומייצרת שורות עננים ארוכות וצינוריות. בדרך כלל הן נוצרות במהלך מערכות לחץ גבוה, למשל לאחר חזית קרה.
הגובה שבו נוצר הענן תלוי בכמות הלחות בזרם האוויר החם שיוצר את הענן. אוויר לח, בדרך כלל יגרום לבסיס ענן נמוך. באזורים ממוזגים, בסיס הקומולוס הוא בדרך כלל מתחת ל-550 מטרים מפני קרקע, אך יכול להגיע עד ל-2,400 מטרים. באזורים צחיחים והרריים, גובה בסיס הענן יכול להגיע אף ל-6,100 מטרים.
ענני קומולוס מורכבים מגבישי קרח, טיפונות מים, טיפונות מים בקירור יתר, או שילוב של כל אלה. טיפונות המים נוצרות כאשר אדי מים מתעבים על גרעין התעבות, והן עשויות להתגבש לטיפות גדולות יותר. באזורים ממוזגים, נצפו בסיסי הענן בין 500 ובין 1,500 מטרים מעל פני קרקע. טמפרטורת עננים אלה הייתה בדרך כלל מעל 25°C, וריכוז הטיפונות הוא 23-1300 לסמ"ק. נתונים אלה נלקחו מקומולוסים מבודדים בעת התפתוחתם ללא משקעים. הטיפונות היו קטנות מאוד, קוטרן היה כ-5 מיקרומטר. אף כי ייתכן שהיו גם טיפונות קטנות יותר, המדידה לא הייתה רגישה מספיק כדי לזהותן. הטיפונות הקטנות ביותר נמצאו בחלק התחתון של הענן, ואחוז הטיפונות הגדולות (20 עד 30 מיקרומטר) עולה באופן משמעותי באזורים העליונים של הענן. התפלגות גודל הטיפה בענן שנמדדה הייתה דו מצבית בטבע, עם שני שיאים עיקריים בגודל הטיפות הקטנות והגדולות, ועוד שיא קטן בקרב הטיפות בגודל הבינוני. השוני בין השיאים היה קטן. יתר על כן, גודל הטיפונת הוא בערך ביחס הפוך לריכוז הטיפונות ליחידת נפח של אוויר. לענני קומולוס עלולים להיות "חורים" באזור שבו אין טיפונות מים. אלה יכולים להתרחש כאשר רוחות קורעות את הענן ומערבלות את הענן עם אוויר הסביבה או כאשר זרמי אוויר אנכיים כלפי מטה מאדים את טיפונות הענן.

חיזוי

ענני קומולוס רדוד מבשרים בדרך כלל על מזג אוויר נאה. בדומה להם גם ענני קומולוס בינוני, אשר להם רכיב אנכי מסוים. ואולם האחרונים הרכיב האנכי עשוי לרמז על יכולתם להתפתח לקומולוס דחוס ואף לקומולונימבוסים, שטומנים בחובם גשם כבד, ברקים, רוחות ערות, ברד ולעיתים אף טורנדו. ענני קומולוס דחוס שמופיעים כצריחים יתפתחו בדרך כלל לענני קומולונימבוס, והם יכולים לתת משקעים. טייסי גליידר נוקטים במשנה זהירות באשר לענני קומולוס, מאחר שהם מצביעים על זרמי אוויר עולים או זרמי אוויר חם מתחת, שיכולים "לשאוב" את המטוס גבוה, בתופעה הידועה כ"שאיבת ענן".
ענני קומולוס יכולים להוריד גשם חומצי או להביא טורנדו. החומציות נוצרת על פי רוב על ידי חמצון של גופרית דו-חמצנית ליוני סולפאט. התרכובות המחמצנות העיקריות הן פרוקסיד ואוזון. תחמוצות חנקן שונות גם הן יכולות להגיב עם יוני הידרוקסיד וליצור חומצות.

השפעה על אקלים

כתוצאה מהחזרות (רפלקטיות) עננים מקררים את כדור הארץ בכ-12°C, בעיקר כתוצאה מענני סטרטוקומולוס. אולם הם אחראים גם לחימום כדור הארץ ב-7°C, כתוצאה מחזר קרינה הנפלטת מכדור הארץ, בעיקר עקב ענני צירוס. אם כן, בממוצע הקירור הוא של 5°C. לענני קומולוס יש השפעה משתנה באשר לחימום כדור הארץ. ככל שקומולוס דחוס הוא בעל מבנה אנכי יותר, או שעננים קומולונימבוסיים מתפתחים לתוך האטמוספירה, הם מובילים לחות לגובה, ומסייעים ליצירת ענני צירוס, שכאמור תורמים לחימום. חוקרים משערים שתהליך זה עשוי להביא למשוב חיובי - הלחות באטמוספירה העליונה מחממת את כדור הארץ, בכך תורמת להתפתחות הקומולוסים הדחוסים, אשר מובילים לחות נוספת לאטמוספירה העליונה.

קשר עם עננים אחרים

ענני קומולוס הם חלק מהקטגוריה הגדולה של ענני ערימה חופשיי קונבקציה בגובה נמוך, וקשורים גם לקטגוריית קומולוסיים-מוגבלי-קונבקציה (limited-convective cumuliform) או לסטרטוקומולוסיים (stratocumuliform). עננים אלה נוצרים מהקרקע עד לגובה של כ-2000 מטרים. ענני סטרטוס גם הם בני גובה נמוך. בגובה הבינוני קיימים שני ענני "אלטו" אשר כוללים את קטגוריית קומולוסיים-מוגבלי-קונבקציה או אלטוקומולוס סטרטוקומולוסי (stratocumuliform cloud altocumulus) ואת האלטוסטרטוס הסטרטי (stratiform cloud altostratus). ענני גובה בינוני נוצרים מגובה של 2,000 מטרים עד 7,000 מטרים באזורים ממוזגים, ועד 7,600 מטרים באזורים טרופיים. העננים הגבוהים כולם צירוסיים (cirriform), ואחד מאלה, צירוקומולוס (cirrocumulus) גם שייך לקטגוריית קומולוסיים-מוגבלי-קונבקציה או לסטרטוקומולוסיים. הענן הנוסף בגובה זה הוא צירוס וצירוסטרטוס. עננים גבוהים נוצרים מגובה של 3,000 מטרים עד 7,600 מטרים בקווי רוחב צפוניים או דרומיים, ומגובה של 5,000 מטרים עד 12,000 מטרים באזורים ממוזגים, ומגובה של 6,100 עד 18,000 מטרים בקווי רוחב הטרופיים. קומולונימבוס כמו קומולוס דחוס משתרע אנכית מכדי להשתייך לגובה מסוים.

צירוקומולוס

ענני צירוקומולוס מופיעים בתצורה המזכירה סריג, ואינם משרים צל תחתם. הם מופיעים לרוב כגלים או בשורות עם אזורים בהירים ביניהם. צירוקומולוס נוצר בתהליכים קונבקטיביים (הקשורים כאמור בנסיקת אוויר), כמו שאר העננים הקומולוסיים או הסטרטוקומולוסיים. התפתחות משמעותית של סריגים אלה מעידה על אי יציבות בגובה רב, ועשויה להעיד על הרעה בתנאי מזג האוויר. גבישי הקרח בתחתית הצירוקומולוס נוטים להיווצר בצורת גלילים משושים. הם אינם מוצקים, ואולם בקצוות דומים בצורתם למשפכים תלולים. באזור פסגת הענן, לגבישים נטייה להתקבץ יחד. עננים אלה אינם מתקיימים לאורך זמן ונוטים ליהפך לצירוס, מאחר שאדי המים ממשיכים להשתקע על גבישי הקרח, הם מתחילים ליפול והורסים בכל את הקונבקציה. כך הענן מומר לצירוס. ענני צירוקומולוס באים בארבעה סוגים והם דומים לכל הזנים בעלי הקונבקציה המוגבלת או אלה המשתייכים לסטרטוקומולוסיים: שכבתיים (stratiformis), עדשתיים (lenticularis), מגדליים (castellanus) וצמריים (floccus). העננים עשויים להיות ססגוניים כטיפות המים בענן המצויות בקירור יתר הן בגודל דומה.

אלטוקומולוס

אלטוקומולוס הם ענני גובה בינוני שנוצרים מגובה 2,000 מטרים עד 4,000 באזורי הקוטב, 7,000 מטרים באזורים ממוזגים, ו-7,600 מטרים באזורים הטרופיים. הם יכולים להוריד משקעים ובדרך כלל מורכבים מתערובת של גבישי קרח, טיפונות בקירור יתר, ובאזורים ממוזגים גם מטיפות מים. ריכוז המים הנוזליים גבוה כמעט תמיד מריכוז גבישי הקרח, והריכוז המקסימלי של המים הנוזליים נוטה להיות בפסגת הענן, בעוד ריכוז גבישי הקרח המקסימלי בתחתיתו. גבישי הקרח בתחתית האלטוקומולוס ובווירגה היורדת ממנו צורתם דנדריט או מסה צבורה של דנדריטים. גבישי הקרח המחטיים והשטוחים שכנו יותר בפסגת הענן. אלטוקומולוס יכולים להיווצר באמצעות קונבקציה או באמצעות העלאת אוויר כתוצאת מחזית חמה. מאחר שאלטקומולוס הוא חלק מקטגוריית מוגבלי קונבקציה, הוא מחלוקת לארבעת הסוגים כמו הצירוקומולוס.

סטרטוקומולוס

סטרטוקומולוס הוא סוג נוסף של ענן מסוג קומולוסיים או סטרטוקומולוסיים. כמו הקומולוס, הם נוצרים בגובה נמוך, באמצעות קונבקציה. שלא כמו קומולוס, התפתחותם מוגבלת מאוד כתוצאה מאינוורסיה חזקה. כתוצאה מכך, הם שטוחים כמו ענני סטרטוס ובעלי נופך שכבתי. עננים אלה נפוצים למדי ומכסים בממוצע 23% מהאוקיינוסים, ו-12% מיבשות כדור הארץ. הם נפוצים פחות באזורים הטרופיים ונוצרים פעמים רבות אחרי מעבר חזית קרה. בנוסף, סטרטוקומולוסים מחזירים רבות מקרינת השמש, והשפעתם הכוללת היא קירור כדור הארץ. עננים אלה יכולים להוריד רסס - טיפות מזעריות. משקע זה מייצב את הענן על ידי חימומו (כתוצאה מפליטת חום כמוס), ומפחית את זרמי הערבוליים שבתוכו. הסטרטוקומולוס שייך אם כן לקטגוריית "מוגבלי קונבקציה", ומחולק לשלושה סוגים - שכבתי (stratiformis), עדשתי (lenticularis) ומגדלי (castellanus) - אלה משותפים לסוגים זנים ראשיים יותר בסוג סטרטוקומולוסיים.

בחלל

כמה מהעננים הקומולוסיים נצפו על רוב כוכבי הלכת במערכת השמש. רכב החלל "ויקינג" זיהה צירוקומולוסים וסטרטוקומולוסים נוצרים באמצעות קונבקציה, שנוצרו בעיקר דרך קונבקציה, לרוב בסמוך לקטבים מכוסי הקרח. רכב החלל גלילאו זיהה ענני קומולונימבוס מאסיביים ליד הכתם הגדול האדום של צדק. עננים קומולוסיים זוהו גם על שבתאי. ב-2008 החללית קסיני מצאה כי ענני הקומולוס בסמך לקוטבו הדרומי של שבתאי, היו חלק מציקלון שקוטרו היה כ-4,000 קילומטרים. ממצפה הכוכבים קק זוהה ענן קומולוס עם גוון לבן באורנוס. כמו באורנוס, בנפטון קיימים ענני קומולוס ממתאן. בנגה לא נצפו ענני קומולוס.