Wstęp
Niebo nie zawsze musi być pokryte potężnymi chmurami burzowymi, aby dzień stał się wyraźnie ciemniejszy. Czasami nad horyzontem rozciąga się pozornie spokojna, szara warstwa, która stopniowo zajmuje coraz większą część nieba. Nie widać w niej efektownych wypiętrzeń ani gwałtownie rozwijających się wież chmurowych. Zachmurzenie może wyglądać niemal jednolicie, a mimo tego skutecznie ograniczać dopływ bezpośredniego światła słonecznego. Szczególnie interesująca sytuacja pojawia się wtedy, gdy taka warstwa przykrywa całe niebo. Wiadomo, że Słońce znajduje się wysoko nad horyzontem, jednak nie sposób wskazać jego położenia. Nie widać tarczy, jej rozmytego konturu ani wyraźnego jaśniejszego miejsca pozwalającego określić, gdzie dokładnie znajduje się za chmurami. Światło nadal dociera do powierzchni, ponieważ dzień nie zamienia się przecież w noc, lecz zostaje tak silnie rozproszone, że traci wyraźny kierunek, z którego pierwotnie nadchodziło. Taki widok może wydawać się czymś zupełnie zwyczajnym. Pochmurne dni z jednolitą szarą warstwą zachmurzenia występują przecież bardzo często. Z fizycznego punktu widzenia kryje się jednak za nimi interesujące pytanie. Dlaczego przez jedną warstwę chmur można bez większego problemu określić położenie Słońca, podczas gdy inna, czasem na pierwszy rzut oka podobna, całkowicie je ukrywa? Różnica nie sprowadza się jedynie do tego, czy chmura jest „ciemna” albo „jasna”. O jej zachowaniu względem promieniowania decyduje znacznie bardziej złożony zestaw właściwości. Znaczenie ma między innymi ilość wody lub lodu znajdującego się w chmurze, liczba i wielkość tworzących ją cząstek, ich rozmieszczenie, pionowa rozciągłość warstwy oraz droga, jaką światło musi pokonać przez jej wnętrze. Wszystkie te elementy wpływają na grubość optyczną zachmurzenia, a więc na to, jak skutecznie chmura rozprasza i osłabia przechodzące przez nią promieniowanie. W cienkiej optycznie warstwie część światła może zachować dostatecznie wyraźną informację o kierunku, z którego pochodzi. Słońce pozostaje wtedy rozpoznawalne nawet wtedy, gdy jego tarcza jest przygaszona i rozmyta. Jeżeli jednak ilość materiału chmurowego wzrasta, światło coraz częściej oddziałuje z kroplami wody lub kryształkami lodu. Wielokrotne rozpraszanie sprawia, że bezpośrednia wiązka zostaje coraz silniej osłabiona. W pewnym momencie dochodzi do sytuacji, w której przez chmurę nadal przenika światło, ale obserwator nie może już rozpoznać położenia jego źródła. Niebo pod warstwą pozostaje oświetlone światłem rozproszonym, natomiast sama tarcza Słońca znika. W nocy podobne zjawisko może dotyczyć Księżyca, którego światło jest znacznie słabsze i jeszcze łatwiej zostaje zamaskowane przez zwartą warstwę zachmurzenia. Nieprzezroczystość chmury nie oznacza więc, że nie przepuszcza ona absolutnie żadnego promieniowania. Gdyby tak było, pod grubą warstwą chmur w ciągu dnia panowałyby warunki przypominające noc. W rzeczywistości znaczna część promieniowania może docierać niżej po licznych rozproszeniach. Znika natomiast możliwość bezpośredniego zobaczenia tarczy Słońca lub określenia jej położenia przez materiał chmurowy. Takie zachowanie zachmurzenia jest szczególnie interesujące, ponieważ może zmieniać się wraz z rozwojem samej chmury. Warstwa początkowo stosunkowo cienka może stopniowo gęstnieć. Wraz ze wzrostem ilości skondensowanej wody lub lodu Słońce staje się coraz mniej wyraźne, aż w końcu całkowicie znika. Możliwy jest również proces odwrotny, podczas którego zwarta warstwa zaczyna się przerzedzać, a położenie tarczy słonecznej ponownie staje się możliwe do rozpoznania. Nie każda nieprzezroczysta chmura należy jednak do jednej szczególnej kategorii. W klasyfikacji zachmurzenia niezwykle ważne jest rozróżnienie pomiędzy rodzajem chmury a dodatkowymi cechami opisującymi jej wygląd. Ta sama właściwość optyczna może występować przy kilku różnych rodzajach zachmurzenia, które różnią się wysokością, strukturą i warunkami powstawania. Właśnie w tym miejscu pojawia się określenie Opacus. Odnosi się ono do odmiany chmur charakteryzujących się nieprzezroczystością na tyle dużą, że Słońce lub Księżyc zostają całkowicie ukryte przez materiał chmurowy. Nie jest więc nazwą pojedynczego rodzaju chmury, lecz określeniem dodatkowej właściwości, którą mogą wykazywać określone rodzaje zachmurzenia. Pozornie prosta obserwacja szarego nieba prowadzi zatem do znacznie szerszego zagadnienia. Aby zrozumieć, dlaczego powstają chmury Opacus, trzeba przyjrzeć się nie tylko kondensacji pary wodnej, ale również rozwojowi całej warstwy, jej strukturze mikrofizycznej oraz temu, jak światło zachowuje się podczas przechodzenia przez ogromną liczbę kropelek wody lub kryształków lodu. Dopiero połączenie tych procesów pozwala wyjaśnić, dlaczego czasami chmura jest jedynie delikatną zasłoną, a innym razem staje się zwartą, nieprzezroczystą pokrywą całkowicie ukrywającą Słońce.
Czym są chmury Opacus?
Opacus nie jest nazwą osobnego rodzaju chmury, lecz określeniem odmiany odnoszącej się do stopnia nieprzezroczystości zachmurzenia. Jej najbardziej charakterystyczną cechą jest utworzenie tak zwartej optycznie warstwy, płata lub rozległej struktury, że położenie Słońca albo Księżyca zostaje całkowicie ukryte. Nie oznacza to, że przez chmurę nie przedostaje się żadne światło. Promieniowanie nadal może przenikać przez zachmurzenie, lecz podczas przechodzenia przez ogromną liczbę kropelek wody lub kryształków lodu zostaje wielokrotnie rozproszone. W rezultacie obserwator znajdujący się pod chmurą widzi oświetlone, często szare niebo, ale nie jest w stanie wskazać miejsca, w którym znajduje się tarcza Słońca lub Księżyca.
Co oznacza określenie Opacus?
Określenie „opacus” pochodzi z łaciny i oznacza coś nieprzezroczystego, zacienionego lub nieprzepuszczającego światła w sposób pozwalający zobaczyć znajdujący się za nim obiekt. W odniesieniu do chmur nazwa bardzo dobrze opisuje ich najważniejszą właściwość obserwacyjną. Chmura wykazująca odmianę opacus tworzy strukturę wystarczająco zwartą optycznie, aby przesłonić Słońce lub Księżyc. Jeżeli jedno z tych ciał niebieskich znajduje się za warstwą, jego położenia nie można rozpoznać poprzez materiał chmurowy. Nieprzezroczystość nie powinna być jednak utożsamiana z całkowitym zatrzymywaniem promieniowania. Chmury nie zachowują się jak idealna, nieprzepuszczająca światła przesłona. Znaczna część promieniowania słonecznego może wnikać w ich wnętrze, ulegać wielokrotnemu rozpraszaniu i ostatecznie docierać do powierzchni. Dlatego nawet pod grubą warstwą Opacus w ciągu dnia nadal jest jasno. Światło ma jednak zupełnie inny charakter niż przy bezchmurnym niebie. Bezpośrednia składowa promieniowania zostaje silnie ograniczona, natomiast większego znaczenia nabiera światło rozproszone docierające z różnych kierunków. Dla obserwatora szczególnie istotny jest więc nie sam spadek jasności, lecz utrata widoczności źródła światła. Słońce może znajdować się dokładnie nad głową, ale jego tarcza pozostaje niewidoczna. Nie pojawia się również dostatecznie wyraźny jasny obszar umożliwiający precyzyjne określenie jej położenia przez warstwę chmurową. Podobna zasada dotyczy Księżyca. Ponieważ światło księżycowe jest znacznie słabsze od słonecznego, zwarta warstwa chmur może bardzo skutecznie ograniczać jego widoczność. Niebo może pozostawać lekko rozjaśnione, szczególnie podczas jasnej pełni, ale tarcza Księżyca znajdująca się za chmurą nie jest bezpośrednio widoczna. Opacus opisuje zatem konkretną relację pomiędzy strukturą chmury a światłem. Nie mówi, że chmura jest całkowicie czarna ani że pod nią musi panować wyjątkowo duże zaciemnienie. Informuje przede wszystkim, że zachmurzenie jest nieprzezroczyste w znaczeniu klasyfikacyjnym. Warto również zwrócić uwagę, że jasność obserwowanej chmury i jej przezroczystość nie są dokładnie tym samym. Chmura może wyglądać stosunkowo jasno, szczególnie gdy jej górna część jest intensywnie oświetlana, a jednocześnie całkowicie zasłaniać tarczę słoneczną. Z drugiej strony ciemny wygląd nie zawsze wystarcza do prawidłowego określenia odmiany. Znaczenie ma więc rzeczywista możliwość obserwacji Słońca lub Księżyca przez materiał chmurowy, a nie wyłącznie subiektywne wrażenie, że chmura wygląda na ciemną, ciężką lub grubą.
Miejsce Opacus w klasyfikacji WMO
W międzynarodowej klasyfikacji chmur Opacus zajmuje określone miejsce jako odmiana, czyli varietas. Jest to bardzo ważne, ponieważ klasyfikacja zachmurzenia ma strukturę hierarchiczną i poszczególne określenia opisują różne cechy chmury. Na podstawowym poziomie wyróżniane są rodzaje chmur. Należą do nich między innymi Altocumulus, Altostratus, Stratocumulus i Stratus. Rodzaj określa zasadniczą postać chmury, jej morfologię oraz ogólny charakter. Niżej w klasyfikacji znajdują się gatunki, które pozwalają dokładniej opisać kształt i strukturę chmury. Odmiany odnoszą się natomiast do określonych cech związanych między innymi z rozmieszczeniem elementów albo stopniem przezroczystości. Opacus należy do tej ostatniej grupy. Nie zastępuje nazwy rodzaju, ale ją uzupełnia. Dlatego prawidłowe określenie chmury może brzmieć na przykład Altostratus opacus, Stratocumulus opacus albo Stratus opacus. Taki zapis zawiera dwie różne informacje. Pierwszy człon określa rodzaj chmury, natomiast drugi wskazuje, że obserwowana struktura jest na tyle nieprzezroczysta, iż zasłania położenie Słońca lub Księżyca. Ma to duże znaczenie, ponieważ podobna właściwość optyczna może pojawić się w chmurach o zupełnie różnej budowie. Altostratus opacus może tworzyć rozległą i stosunkowo jednolitą zasłonę piętra średniego, podczas gdy Stratocumulus opacus zachowuje charakterystyczne większe elementy typowe dla Stratocumulus. Łączy je nieprzezroczystość, ale nie podstawowa forma. Odmiana opacus jest więc narzędziem pozwalającym znacznie dokładniej opisać wygląd nieba. Samo stwierdzenie obecności Altocumulus, Altostratus, Stratocumulus lub Stratus nie zawsze informuje, czy Słońce jest widoczne przez zachmurzenie. Dodanie określenia opacus przekazuje tę dodatkową informację. Jednocześnie nie każda chmura, która zasłania Słońce, otrzymuje określenie opacus. Termin ma konkretne zastosowanie w systemie klasyfikacyjnym i nie stanowi ogólnego synonimu wszystkich nieprzezroczystych chmur występujących w atmosferze. Przykładowo potężna chmura Cumulonimbus może całkowicie zasłaniać Słońce i powodować bardzo silne zaciemnienie, ale nie określa się jej jako Cumulonimbus opacus. Nieprzezroczystość sama w sobie nie wystarcza więc do zastosowania tej nazwy. Podobnie Nimbostratus może tworzyć bardzo grubą, ciemną i całkowicie nieprzezroczystą warstwę, lecz opacus nie jest odmianą stosowaną do tego rodzaju. W jego przypadku nieprzezroczystość wynika z charakterystycznej budowy i dużej grubości systemu chmurowego, ale nie jest opisywana za pomocą odmiany opacus. Dzięki takiemu uporządkowaniu poszczególne określenia zachowują precyzyjne znaczenie i nie są stosowane wyłącznie na podstawie potocznego podobieństwa wyglądu.
Dlaczego Opacus jest odmianą chmur, a nie osobnym rodzajem?
Opacus jest odmianą, ponieważ nie opisuje podstawowej formy chmury ani charakterystycznego mechanizmu jej budowy. Określa dodatkową właściwość, która może pojawić się w kilku różnych rodzajach zachmurzenia. Rodzaj chmury musi posiadać zestaw cech pozwalających odróżnić go od pozostałych podstawowych form. Altocumulus wygląda inaczej niż Altostratus, Stratocumulus różni się od Stratus, a każdy z tych rodzajów zajmuje własne miejsce w klasyfikacji. Opacus nie ma natomiast jednego charakterystycznego kształtu. Nie można spojrzeć na niebo i oczekiwać jednej uniwersalnej formy przestrzennej właściwej wszystkim przypadkom tej odmiany. Altocumulus opacus nadal zachowuje elementową budowę Altocumulus. Stratocumulus opacus może składać się z dużych, zaokrąglonych lub wałowych fragmentów. Stratus opacus może tworzyć niemal jednolitą niską warstwę, natomiast Altostratus opacus może przyjmować postać rozległej zasłony zajmującej ogromną część nieba. Ich wygląd jest więc wyraźnie różny, podobnie jak wysokość występowania i skład mikrofizyczny. Wspólna pozostaje właściwość optyczna polegająca na braku możliwości określenia położenia Słońca lub Księżyca przez materiał chmurowy. Gdyby Opacus był osobnym rodzajem, należałoby uznać wszystkie te bardzo różne struktury za jeden podstawowy typ chmury wyłącznie dlatego, że są nieprzezroczyste. Prowadziłoby to do utraty informacji o ich rzeczywistej budowie. System odmian pozwala uniknąć takiego problemu. Najpierw rozpoznaje się rodzaj, a następnie można go dokładniej scharakteryzować za pomocą właściwego określenia. Dzięki temu Altostratus opacus pozostaje Altostratus, a opacus informuje jedynie o jego nieprzezroczystości. Podobna zasada obowiązuje w przypadku pozostałych rodzajów, dla których ta odmiana jest przewidziana. Ma to również znaczenie podczas obserwowania ewolucji zachmurzenia. Chmura może zachować swój podstawowy rodzaj, a jednocześnie zmienić właściwości optyczne. Jeżeli warstwa staje się coraz grubsza optycznie, może przejść od stanu częściowo przejrzystego do nieprzezroczystego bez natychmiastowej zmiany rodzaju. Odwrotnie, przerzedzająca się warstwa może zacząć przepuszczać dostatecznie dużo światła, aby położenie Słońca ponownie stało się widoczne. Odmiana jest więc cechą mogącą zmieniać się wraz z rozwojem chmury, podczas gdy rodzaj opisuje znacznie bardziej podstawową strukturę zachmurzenia.
Z jakimi rodzajami chmur może występować ta odmiana?
Odmiana opacus może występować przy czterech rodzajach chmur: Altocumulus, Altostratus, Stratocumulus oraz Stratus. Obejmuje więc zarówno chmury piętra średniego, jak i chmury niskie. Altocumulus opacus występuje wtedy, gdy rozległy płat, warstwa lub pole Altocumulus jest dostatecznie zwarte, aby zasłaniać Słońce albo Księżyc. Poszczególne elementy zachowują cechy Altocumulus, ale ilość materiału chmurowego na drodze światła jest wystarczająco duża, aby warstwa nie była przejrzysta. Nie musi przy tym wyglądać jak całkowicie jednolita szara powierzchnia. Altocumulus może nadal wykazywać strukturę złożoną z wielu elementów, cieniowania i lokalnych różnic grubości. O klasyfikacji jako opacus decyduje właściwość optyczna odpowiedniej części zachmurzenia. Altostratus opacus może tworzyć znacznie bardziej jednolitą i rozległą zasłonę. W przeciwieństwie do cieńszego Altostratus, przez który położenie Słońca pozostaje rozpoznawalne, jego nieprzezroczysta postać całkowicie maskuje tarczę. Z powierzchni może być wtedy widoczna szara lub ciemnoszara warstwa o niewielkim kontraście wewnętrznym. Światło dzienne jest wyraźnie osłabione, a cienie rzucane przez obiekty na powierzchni stają się bardzo słabe albo zanikają. Stratocumulus opacus należy do chmur dolnego piętra. Może tworzyć rozległe pola dużych elementów, wałów lub zaokrąglonych struktur, których dolne części bywają wyraźnie szare. W tym przypadku nieprzezroczystość może współistnieć z dobrze widoczną strukturą chmury. Nie trzeba więc oczekiwać idealnie gładkiej warstwy. Stratocumulus może być wyraźnie zróżnicowany przestrzennie, a mimo tego skutecznie zasłaniać Słońce. Stratus opacus ma zwykle bardziej jednolity charakter. Niska warstwa może tworzyć rozległą szarą pokrywę, przez którą położenie Słońca lub Księżyca nie jest widoczne. Jeżeli zachmurzenie znajduje się bardzo nisko, może sprawiać wrażenie ciężkiego, jednolitego stropu znajdującego się stosunkowo blisko obserwatora. Różnice pomiędzy tymi czterema rodzajami pokazują, dlaczego nie można stworzyć jednego prostego obrazu „chmury Opacus”. Altocumulus opacus i Stratus opacus mogą wyglądać zupełnie inaczej, występować na innych wysokościach i składać się z odmiennej mieszaniny cząstek, a mimo tego dzielić tę samą odmianę. Nie stosuje się natomiast określenia opacus do wszystkich pozostałych rodzajów chmur. Cirrus, Cirrocumulus i Cirrostratus nie otrzymują tej odmiany. Nie stosuje się jej również do Cumulus, Cumulonimbus ani Nimbostratus. Jest to szczególnie ważne podczas samodzielnego rozpoznawania chmur. Sam fakt, że określona chmura całkowicie zasłoniła Słońce, nie uprawnia jeszcze do nazwania jej Opacus. Najpierw trzeba określić jej rodzaj i sprawdzić, czy opacus należy do odmian stosowanych właśnie przy tym rodzaju. Dopiero wtedy można stworzyć pełniejsze określenie, takie jak Altocumulus opacus, Altostratus opacus, Stratocumulus opacus albo Stratus opacus. Dzięki temu nazwa przekazuje jednocześnie informację o podstawowej strukturze zachmurzenia oraz o jego charakterystycznej nieprzezroczystości.
Jak powstają chmury Opacus?
Powstanie chmur wykazujących odmianę Opacus jest rezultatem współdziałania procesów zachodzących w wilgotnej warstwie atmosfery. Kluczowe znaczenie ma doprowadzenie powietrza do stanu nasycenia, rozpoczęcie kondensacji pary wodnej, a następnie rozwój takiej ilości materiału chmurowego, aby powstała warstwa osiągnęła odpowiednio dużą grubość optyczną. Nie wystarczy więc samo utworzenie chmury. Aby mogła ona wykazywać cechę opacus, jej struktura musi stać się na tyle zwarta, aby znajdujące się za nią Słońce lub Księżyc zostało całkowicie zasłonięte. Droga prowadząca do takiego stanu może wyglądać różnie w zależności od rodzaju chmury i warunków atmosferycznych, jednak można wskazać kilka najważniejszych procesów odpowiadających za powstawanie rozległego, nieprzezroczystego zachmurzenia.
Powstawanie rozległej warstwy chmur w wilgotnym powietrzu
Podstawowym warunkiem rozwoju chmur jest obecność odpowiedniej ilości pary wodnej. Sama wysoka wilgotność nie oznacza jeszcze, że chmura natychmiast się utworzy. Powietrze musi osiągnąć stan, w którym dalsze ochładzanie lub zwiększanie zawartości pary wodnej doprowadzi do nasycenia. W przypadku chmur warstwowych i warstwowo-kłębiastych szczególnie ważne jest to, aby odpowiednio wilgotne powietrze zajmowało rozległy obszar. Jeżeli warunki sprzyjające kondensacji występują tylko lokalnie, powstające zachmurzenie również może mieć niewielki zasięg. Gdy jednak wilgotna warstwa rozciąga się na dziesiątki lub setki kilometrów, możliwe staje się utworzenie rozległego pola chmur. Wilgoć nie musi znajdować się bezpośrednio przy powierzchni. W przypadku Stratus i Stratocumulus szczególne znaczenie ma dolna troposfera, natomiast Altocumulus i Altostratus rozwijają się wyżej. Dlatego przy ziemi może występować stosunkowo suche powietrze, podczas gdy kilka kilometrów wyżej znajduje się warstwa o wilgotności wystarczającej do utworzenia rozległego zachmurzenia. Ważna jest również pionowa rozciągłość wilgotnej warstwy. Jeżeli nasycenie obejmuje jedynie bardzo cienki przedział wysokości, powstała chmura może zawierać stosunkowo niewielką ilość wody lub lodu. Jeśli natomiast odpowiednio wilgotne powietrze zajmuje większą część troposfery, chmura może rozwijać się w grubszej warstwie i zawierać znacznie więcej cząstek. Nie oznacza to jednak, że każda gruba geometrycznie chmura automatycznie jest opacus. Ostateczna nieprzezroczystość zależy od właściwości optycznych całej struktury, a nie wyłącznie od jej pionowej rozciągłości. Wilgotne powietrze może docierać nad dany obszar na wiele sposobów. Może być transportowane wraz z przepływem atmosferycznym, związane z rozległą masą powietrza albo gromadzić się w określonej warstwie pod wpływem stabilnego uwarstwienia atmosfery. W dolnej troposferze istotną rolę może odgrywać również parowanie z powierzchni. Nad morzami, jeziorami i wilgotnym podłożem do atmosfery dostarczane są znaczne ilości pary wodnej. Jeżeli wilgoć zostaje następnie zatrzymana w dolnej części troposfery, mogą rozwinąć się rozległe warstwy Stratus lub Stratocumulus. Duże znaczenie mają inwersje temperatury. Jeżeli nad wilgotną dolną warstwą znajduje się cieplejsze powietrze, dalsze unoszenie zostaje ograniczone. Wilgoć może wtedy gromadzić się poniżej inwersji, a zachmurzenie zamiast rozwijać się wysoko w pionie rozprzestrzenia się poziomo. Takie środowisko sprzyja powstawaniu szerokich pokryw chmurowych. Jeżeli zawartość ciekłej wody staje się odpowiednio duża, warstwa może być całkowicie nieprzezroczysta. W przypadku chmur piętra średniego rozległa wilgotna warstwa może być związana z przepływem powietrza w większej skali. Szczególnie Altostratus może zajmować ogromne obszary, gdy rozległe unoszenie obejmuje znaczną część atmosfery. Powstawanie Opacus rozpoczyna się więc od stworzenia środowiska, w którym chmura może rozwinąć się na dużej przestrzeni. Dopiero kolejne procesy decydują, czy zachmurzenie pozostanie stosunkowo cienkie optycznie, czy stanie się na tyle zwarte, aby całkowicie zasłaniać Słońce lub Księżyc.
Powolne unoszenie i ochładzanie powietrza
Jednym z najważniejszych mechanizmów prowadzących do powstawania rozległych warstw chmur jest stopniowe unoszenie wilgotnego powietrza. Wraz ze wzrostem wysokości ciśnienie atmosferyczne maleje. Unosząca się porcja powietrza znajduje się więc w otoczeniu o coraz niższym ciśnieniu i zaczyna się rozprężać. Na wykonanie tej pracy zużywana jest energia wewnętrzna, co prowadzi do spadku temperatury. Proces ten nazywany jest ochładzaniem adiabatycznym. Nie wymaga on bezpośredniego kontaktu powietrza z chłodniejszą powierzchnią. Temperatura spada wskutek samego rozprężania związanego ze zmniejszającym się ciśnieniem. Początkowo unoszące się powietrze może pozostawać nienasycone. Para wodna jest wtedy niewidoczna, a żadna chmura jeszcze nie powstaje. Wraz ze spadkiem temperatury zmniejsza się jednak ilość pary wodnej odpowiadająca stanowi nasycenia. Wilgotność względna rośnie i stopniowo zbliża się do 100 procent. Jeżeli unoszenie trwa dostatecznie długo, powietrze osiąga stan nasycenia. W przypadku chmur warstwowych bardzo ważny jest charakter ruchów pionowych. Nie muszą być one szybkie. Rozległe warstwy zachmurzenia mogą rozwijać się podczas bardzo powolnego wznoszenia obejmującego ogromne obszary. Ruch powietrza może być wtedy niemal niezauważalny z powierzchni, a mimo tego w ciągu kilku godzin doprowadzić do powstania rozbudowanego systemu chmur. Tym różni się taki proces od silnej konwekcji prowadzącej do powstawania chmur o dużym rozwoju pionowym. W przypadku rozległych warstw nie jest konieczne gwałtowne unoszenie pojedynczych kolumn powietrza. Znacznie ważniejsze jest długotrwałe, szeroko rozprzestrzenione wznoszenie. Jeżeli proces obejmuje odpowiednio grubą i wilgotną warstwę, kondensacja może zachodzić na wielu poziomach jednocześnie. Wtedy ilość materiału chmurowego wzrasta, a zachmurzenie staje się coraz bardziej zwarte. Powolne unoszenie może być związane między innymi z wielkoskalowym przepływem atmosferycznym. Powietrze może być zmuszane do stopniowego wznoszenia w rozległych strefach związanych z układami niżowymi lub frontami. Nie każde unoszenie doprowadzi jednak do powstania Opacus. Jeżeli powietrze jest zbyt suche, może nie osiągnąć nasycenia. Jeśli wilgotna warstwa jest bardzo cienka albo unoszenie szybko zanika, powstała chmura może pozostać zbyt słabo rozwinięta, aby całkowicie zasłonić Słońce. Dopiero odpowiednie połączenie wilgotności, czasu trwania procesu i pionowego zasięgu unoszenia umożliwia rozwój zwartego zachmurzenia.
Osiągnięcie temperatury punktu rosy
W miarę ochładzania wilgotnego powietrza zbliża się ono do stanu nasycenia. Temperaturę, do której należy ochłodzić powietrze przy danej zawartości pary wodnej, aby osiągnęło nasycenie, określa się jako temperaturę punktu rosy. Jeżeli temperatura powietrza jest znacznie wyższa od temperatury punktu rosy, wilgotność względna jest mniejsza i do rozpoczęcia kondensacji potrzebne jest dalsze ochłodzenie. Im mniejsza różnica pomiędzy temperaturą powietrza a punktem rosy, tym bliżej nasycenia znajduje się dana masa powietrza. Podczas unoszenia temperatura stopniowo spada. Jeżeli zawartość pary wodnej nie ulega wcześniej znaczącej zmianie, temperatura powietrza zbliża się do punktu rosy. Po osiągnięciu nasycenia dalsze ochładzanie nie może już prowadzić jedynie do wzrostu wilgotności względnej. Nadmiar pary wodnej zaczyna przechodzić do fazy skondensowanej, a w odpowiednio niskiej temperaturze istotne stają się również procesy związane z fazą lodową. Właśnie w tym momencie rozpoczyna się właściwy rozwój widocznej chmury. W rozległej warstwie atmosfery proces nie musi zachodzić wszędzie dokładnie w tej samej chwili. Temperatura i wilgotność nie są idealnie jednorodne, dlatego jedne fragmenty mogą osiągnąć nasycenie wcześniej, a inne później. Początkowo zachmurzenie może być więc cienkie, niejednorodne lub składać się z oddzielnych fragmentów. Jeżeli jednak ochładzanie trwa, coraz większa część warstwy osiąga nasycenie. Wolne przestrzenie mogą stopniowo wypełniać się nowo powstającymi cząstkami chmurowymi, a cała struktura staje się coraz bardziej rozległa. Samo osiągnięcie punktu rosy nie oznacza jeszcze powstania nieprzezroczystej chmury. Jest to przede wszystkim moment umożliwiający rozpoczęcie kondensacji. O tym, czy zachmurzenie stanie się opacus, decyduje dalszy rozwój warstwy. Jeżeli po osiągnięciu nasycenia powietrze nadal jest unoszone i ochładzane, kondensacja może być kontynuowana. Ilość ciekłej wody w chmurze wzrasta, a przy odpowiednich temperaturach rozwija się również faza lodowa. Wraz z narastaniem ilości materiału chmurowego zmieniają się właściwości optyczne warstwy. Początkowo może ona przepuszczać znaczną część bezpośredniego światła, lecz z czasem staje się coraz skuteczniejszą przeszkodą dla promieniowania.
Kondensacja pary wodnej na jądrach kondensacji
Po osiągnięciu warunków sprzyjających nasyceniu rozpoczyna się tworzenie mikroskopijnych kropelek chmurowych. Para wodna nie kondensuje jednak w atmosferze w sposób całkowicie przypadkowy. Ogromne znaczenie mają aerozole pełniące funkcję jąder kondensacji. Są to niezwykle małe cząstki zawieszone w powietrzu, na których może osadzać się woda. Ich źródła mogą być zarówno naturalne, jak i związane z działalnością człowieka. W atmosferze znajdują się między innymi cząstki soli morskiej, pyłu mineralnego, produktów spalania, siarczanów oraz różnego rodzaju materii organicznej. Nie wszystkie cząstki równie skutecznie uczestniczą w tworzeniu kropelek. Ich aktywność zależy między innymi od rozmiaru i właściwości chemicznych. Po osiągnięciu odpowiednich warunków para wodna zaczyna kondensować na aktywnych jądrach. Wokół mikroskopijnych cząstek powstają bardzo małe krople wody. Pojedyncza kropla jest praktycznie niewidoczna gołym okiem. Chmura staje się widoczna dopiero dzięki ogromnej liczbie takich kropelek wspólnie rozpraszających światło. Jeżeli kondensacja obejmuje dużą objętość powietrza, powstają miliardy i biliony cząstek chmurowych. W rozległej warstwie ich całkowita liczba jest ogromna. Początkowo ilość skondensowanej wody może być niewielka. Chmura jest wtedy cienka optycznie i może przepuszczać znaczną część bezpośredniego promieniowania. Jeżeli jednak powietrze nadal się ochładza i pozostaje nasycone, na istniejących kroplach może kondensować kolejna ilość pary wodnej. Zwiększa się całkowita zawartość ciekłej wody, a struktura chmury staje się bardziej rozwinięta. W temperaturach poniżej 0°C sytuacja jest bardziej złożona. Krople nie zamarzają automatycznie po przekroczeniu temperatury zamarzania. W atmosferze mogą występować krople przechłodzone pozostające w stanie ciekłym przy temperaturze ujemnej. W odpowiednich warunkach rozwijają się również kryształki lodu. Dlatego Altocumulus opacus lub Altostratus opacus mogą zawierać wodę ciekłą, wodę przechłodzoną, kryształki lodu albo mieszaninę tych składników. Sam skład chmury nie definiuje odmiany opacus. Decydujące jest to, jak cała populacja cząstek oddziałuje ze światłem i czy powstała struktura całkowicie zasłania położenie Słońca lub Księżyca.
Dlaczego powstała warstwa staje się zwarta i jednolita?
Chmura nie staje się zwarta tylko dlatego, że rozpoczęła się kondensacja. Na początku proces może obejmować jedynie część wilgotnej warstwy, a zachmurzenie może być nierównomierne. Dopiero dalsza ewolucja może doprowadzić do utworzenia rozległej, znacznie bardziej ciągłej struktury. Jednym z najważniejszych czynników jest utrzymywanie się warunków bliskich nasyceniu na dużym obszarze. Jeżeli odpowiednia wilgotność występuje w całej rozległej warstwie, kondensacja nie ogranicza się do pojedynczych miejsc. W miarę dalszego ochładzania kolejne fragmenty powietrza osiągają nasycenie. Obszary zawierające krople zaczynają się łączyć, a przestrzenie pomiędzy nimi mogą stopniowo zanikać. W efekcie powstaje rozległa pokrywa zachmurzenia. Jednolitość nie oznacza jednak idealnie identycznej budowy w każdym miejscu. Nawet pozornie gładki Altostratus lub Stratus zawiera lokalne różnice koncentracji kropelek, zawartości wody, temperatury i ruchów powietrza. Z powierzchni różnice te mogą być jednak słabo widoczne, szczególnie gdy warstwa jest rozległa i nieprzezroczysta. W przypadku Stratocumulus i Altocumulus określenie „zwarta” również nie oznacza całkowitego zaniku charakterystycznych elementów. Chmury nadal mogą składać się z wałów, płatów lub zaokrąglonych struktur. Istotne jest natomiast to, że elementy tworzą odpowiednio gęste pole i są wystarczająco nieprzezroczyste. Duże znaczenie ma ograniczenie rozwoju pionowego przez stabilną warstwę atmosfery. Gdy unoszące się wilgotne powietrze dociera do inwersji, dalszy wzrost chmur może zostać zahamowany. Wilgoć i materiał chmurowy rozprzestrzeniają się wtedy bardziej poziomo. Sprzyja to tworzeniu szerokich pokryw Stratus lub Stratocumulus. W przypadku Altostratus mechanizm może być inny. Rozległe unoszenie może obejmować znaczną grubość atmosfery i prowadzić do stopniowego zwiększania pionowej rozciągłości chmury. Warstwa staje się wtedy coraz bardziej ciągła, a jej dolna część może wyglądać z powierzchni jak jednolita szara zasłona. Zwarta struktura może powstać również poprzez łączenie wcześniej oddzielonych fragmentów chmur. Jeżeli wilgotność pomiędzy nimi wzrasta, wolne przestrzenie stopniowo wypełniają się nowymi kroplami. Z czasem pierwotnie nieciągłe pole może przekształcić się w niemal pełną pokrywę. Istotną rolę odgrywa także transport poziomy. Nad obserwatora mogą napływać kolejne fragmenty rozległej strefy zachmurzenia, a coraz bardziej zwarty wygląd nieba nie zawsze oznacza, że cała chmura rozwinęła się dokładnie nad danym miejscem. W rzeczywistej atmosferze rozwój lokalny i adwekcja często działają jednocześnie. Warstwa może gęstnieć podczas przemieszczania się, a jej kolejne części mogą mieć coraz większą zawartość wody lub lodu.
Od czego zależy jej nieprzezroczystość?
Nieprzezroczystość Opacus wynika przede wszystkim z właściwości optycznych całej warstwy. Nie decyduje o niej jeden parametr, lecz połączenie kilku cech związanych z budową chmury. Jedną z najważniejszych jest całkowita ilość materiału chmurowego znajdującego się na drodze światła. Im więcej kropelek wody i kryształków lodu musi ono napotkać, tym większe jest prawdopodobieństwo kolejnych rozproszeń. Znaczenie ma więc koncentracja cząstek. Chmura zawierająca bardzo dużą liczbę kropelek w określonej objętości może silnie rozpraszać promieniowanie nawet wtedy, gdy jej geometryczna grubość nie wydaje się wyjątkowo duża. Równie istotna jest wielkość cząstek. Wraz ze zmianami rozmiaru kropelek i kryształków zmieniają się ich właściwości optyczne oraz całkowita powierzchnia oddziałująca z promieniowaniem. Znaczenie ma również pionowa grubość chmury. Jeżeli światło musi przejść przez długą drogę wypełnioną cząstkami, liczba potencjalnych oddziaływań wzrasta. Nie można jednak utożsamiać grubości geometrycznej z grubością optyczną. Bardzo gruba chmura zawierająca stosunkowo niewiele cząstek może zachowywać się inaczej niż cieńsza, ale znacznie gęstsza warstwa. Najważniejszy jest więc łączny efekt całej struktury. W nieprzezroczystej warstwie światło słoneczne wielokrotnie zmienia kierunek podczas oddziaływania z cząstkami. Część promieniowania zostaje skierowana z powrotem ku górze, część w bok, a część ostatecznie dociera do dolnej granicy chmury. Im więcej takich oddziaływań występuje, tym słabsza staje się bezpośrednia informacja o kierunku, z którego pierwotnie nadeszło światło. Dlatego pod Opacus nadal może być stosunkowo jasno, a jednocześnie Słońce pozostaje całkowicie niewidoczne. Do powierzchni dociera przede wszystkim promieniowanie rozproszone. Na stopień nieprzezroczystości wpływa także przestrzenna jednorodność chmury. Jeżeli w warstwie występują bardzo cienkie fragmenty, Słońce może okresowo stawać się widoczne podczas ich przechodzenia przed tarczą. Jeżeli natomiast większa część odpowiedniej struktury jest zwarta optycznie, charakterystyczna nieprzezroczystość zostaje zachowana. Znaczenie może mieć również położenie Słońca. Gdy znajduje się ono nisko nad horyzontem, promieniowanie przechodzi przez warstwę pod bardziej ukośnym kątem, a efektywna droga światła wewnątrz chmury może być dłuższa.Ta sama struktura może więc wydawać się bardziej nieprzezroczysta przy niskim położeniu Słońca niż wtedy, gdy promieniowanie przechodzi przez nią krótszą drogą. Podstawowym źródłem cechy opacus pozostaje jednak sama budowa zachmurzenia. Warstwa zawiera dostatecznie dużo odpowiednio rozmieszczonych cząstek, aby bezpośrednie światło Słońca lub Księżyca zostało tak silnie rozproszone i osłabione, że ich położenie przestaje być widoczne. Opacus nie powstaje więc w jednym krótkim momencie, który można sprowadzić wyłącznie do rozpoczęcia kondensacji. Jest rezultatem dalszego rozwoju zachmurzenia. Wilgotne powietrze osiąga nasycenie, tworzą się cząstki chmurowe, a następnie warstwa zwiększa swoją zawartość wody lub lodu i osiąga odpowiednią strukturę optyczną. Dopiero gdy staje się dostatecznie nieprzezroczysta, może wykazywać charakterystyczną cechę odmiany opacus.
Dlaczego przez Opacus nie widać Słońca lub Księżyca?
Nieprzezroczystość Opacus jest bezpośrednim rezultatem sposobu, w jaki światło oddziałuje z ogromną liczbą cząstek tworzących chmurę. Promieniowanie słoneczne lub księżycowe nie napotyka jednej zwartej powierzchni przypominającej ścianę, lecz rozległą objętość wypełnioną kroplami wody, kroplami przechłodzonymi, kryształkami lodu albo mieszaniną tych składników. Każda z tych cząstek może zmieniać kierunek przemieszczania się światła. W odpowiednio zwartej warstwie liczba takich oddziaływań staje się na tyle duża, że światło bezpośrednie zostaje bardzo silnie osłabione. Do powierzchni nadal dociera promieniowanie, dlatego nawet pod całkowitym zachmurzeniem w ciągu dnia nie zapada ciemność. Światło docierające spod chmury jest jednak w znacznym stopniu rozproszone i nie zachowuje dostatecznie wyraźnej informacji o kierunku, z którego pierwotnie nadeszło. Właśnie dlatego obserwator widzi szare, oświetlone niebo, ale nie może wskazać miejsca, w którym za warstwą znajduje się Słońce lub Księżyc.
Znaczenie grubości optycznej chmury
Jednym z najważniejszych pojęć pozwalających zrozumieć nieprzezroczystość Opacus jest grubość optyczna chmury. Nie należy jej utożsamiać wyłącznie z fizyczną odległością pomiędzy podstawą a wierzchołkiem zachmurzenia. Grubość geometryczna mówi, jak dużą przestrzeń w pionie zajmuje chmura, natomiast grubość optyczna opisuje, jak silnie cała warstwa oddziałuje z przechodzącym przez nią promieniowaniem. Chmura może być stosunkowo płytka, a mimo tego mieć dużą grubość optyczną, jeżeli zawiera odpowiednio dużą ilość materiału chmurowego. Możliwa jest również sytuacja odwrotna, w której warstwa zajmuje większy zakres wysokości, lecz zawartość cząstek jest mniejsza i światło przechodzi przez nią łatwiej. Grubość optyczna zależy przede wszystkim od liczby cząstek znajdujących się na drodze promieniowania, ich wielkości, właściwości optycznych oraz długości drogi światła przez chmurę. Wszystkie te czynniki wspólnie decydują o tym, ile razy promieniowanie może oddziaływać z kroplami lub kryształkami, zanim wydostanie się z warstwy. W chmurze o niewielkiej grubości optycznej część promieniowania może przejść przez warstwę bez tak dużej liczby zmian kierunku. Bezpośrednia składowa światła pozostaje wtedy dostatecznie silna, aby Słońce lub Księżyc były widoczne. W miarę wzrostu grubości optycznej sytuacja stopniowo się zmienia. Światło napotyka coraz większą liczbę cząstek, przez co wzrasta prawdopodobieństwo rozpraszania. Tarcza słoneczna zaczyna tracić kontrast względem otaczającego nieba, jej kontury stają się mniej wyraźne, a ostatecznie znika możliwość określenia jej położenia. Nie istnieje przy tym jeden prosty, uniwersalny próg liczbowy, po którego przekroczeniu każdą chmurę można automatycznie nazwać opacus. Klasyfikacja opiera się na obserwowanej właściwości zachmurzenia, czyli na tym, czy przez odpowiednią strukturę można rozpoznać położenie Słońca lub Księżyca. Grubość optyczna może być także zróżnicowana w obrębie jednej chmury. Rozległy Altocumulus lub Stratocumulus nie jest idealnie jednorodny. Poszczególne elementy mogą zawierać różne ilości ciekłej wody lub lodu, dlatego jedne fragmenty są jaśniejsze, a inne wyraźnie ciemniejsze. Podobne różnice mogą występować w pozornie jednolitym Altostratus lub Stratus. Z powierzchni struktura może wyglądać niemal jednorodnie, choć wewnątrz występują lokalne zmiany koncentracji i wielkości cząstek. Grubość optyczna nie jest również stała w czasie. Jeżeli chmura gęstnieje, rośnie ilość skondensowanej wody lub rozwija się faza lodowa, może zwiększać się liczba oddziaływań światła z cząstkami. Warstwa staje się wtedy coraz mniej przejrzysta. Jeżeli natomiast krople zaczynają parować, kryształki sublimować albo zmniejsza się pionowa rozciągłość chmury, jej grubość optyczna może maleć. W odpowiednich warunkach Słońce może ponownie zacząć przeświecać przez zachmurzenie. Dlatego nieprzezroczystość Opacus jest wynikiem określonego aktualnego stanu chmury, a nie cechą, która musi pozostawać niezmienna przez cały okres jej istnienia.
Wpływ ilości i rozmieszczenia kropelek wody lub kryształków lodu
Nieprzezroczystość chmury zależy w ogromnym stopniu od tego, ile cząstek znajduje się w jej wnętrzu oraz jak są one rozmieszczone. Chmura składa się z bardzo dużej liczby mikroskopijnych elementów, które wspólnie tworzą środowisko silnie oddziałujące ze światłem. W cieplejszych warstwach dominować mogą krople ciekłej wody. Przy temperaturze poniżej 0°C możliwe jest występowanie kropli przechłodzonych, a wraz z dalszym spadkiem temperatury i w odpowiednich warunkach coraz większą rolę mogą odgrywać kryształki lodu. Każda pojedyncza kropla ma bardzo niewielkie rozmiary, ale w jednostce objętości chmury może znajdować się ich ogromna liczba. Gdy promieniowanie przechodzi przez setki metrów lub kilka kilometrów takiego środowiska, łączna liczba potencjalnych oddziaływań staje się bardzo duża. Jeżeli koncentracja cząstek wzrasta, średnia odległość, jaką światło może przebyć bez napotkania kolejnej cząstki, ulega zmniejszeniu. Promieniowanie jest wtedy częściej rozpraszane. Znaczenie ma również wielkość cząstek. Populacja licznych drobnych kropelek może mieć inne właściwości optyczne niż populacja mniejszej liczby większych kropli, nawet jeśli całkowita zawartość wody jest podobna. Dlatego sama masa wody obecna w chmurze nie opisuje w pełni jej zachowania względem światła. Rozmieszczenie cząstek także nie jest obojętne. Jeżeli krople lub kryształki są rozłożone stosunkowo równomiernie w całej warstwie, chmura może tworzyć jednolitą optycznie zasłonę. Jeżeli natomiast ich koncentracja silnie zmienia się przestrzennie, pojawiają się obszary jaśniejsze i ciemniejsze. Cieńsze fragmenty mogą przepuszczać więcej bezpośredniego światła, podczas gdy grubsze pozostają całkowicie nieprzezroczyste. W Altocumulus opacus i Stratocumulus opacus takie zróżnicowanie może być widoczne jako cieniowanie poszczególnych elementów. Niektóre części chmur wydają się jasnoszare, inne znacznie ciemniejsze. W Altostratus opacus zmiany mogą mieć bardziej płynny charakter. Obserwator widzi szeroką szarą zasłonę, w której trudno wyodrębnić poszczególne elementy, choć jej grubość optyczna nadal może zmieniać się z miejsca na miejsce. Stratus opacus może sprawiać wrażenie najbardziej jednolitego, szczególnie gdy jego podstawa jest gładka i rozciąga się nad całym niebem. Także w nim występują jednak mikrofizyczne różnice niewidoczne bezpośrednio z powierzchni. Duża liczba kropelek lub kryształków nie powoduje, że światło po prostu „zatrzymuje się” na pierwszej napotkanej cząstce. Promieniowanie może być wielokrotnie przekazywane w różnych kierunkach, częściowo opuszczać chmurę górą, bokami lub dołem. Z punktu widzenia obserwatora najważniejszy jest końcowy rezultat całej tej ogromnej liczby oddziaływań. Im bardziej zwarta jest populacja cząstek na drodze pomiędzy Słońcem lub Księżycem a obserwatorem, tym słabsza staje się bezpośrednia informacja o położeniu źródła światła.
Dlaczego światło jest silnie rozpraszane i osłabiane wewnątrz chmury?
Kiedy światło dociera do chmury, zaczyna oddziaływać z tworzącymi ją kroplami i kryształkami. W przypadku typowych kropelek chmurowych ich rozmiary są porównywalne lub większe od długości fal światła widzialnego, dlatego rozpraszanie zachodzi bardzo efektywnie. Światło nie przechodzi przez zwartą warstwę po jednej prostej linii. Po napotkaniu cząstki część promieniowania zmienia kierunek. Następnie może napotkać kolejną cząstkę i zostać rozproszona ponownie. W grubej optycznie chmurze taki proces może powtarzać się wielokrotnie. Promieniowanie, które pierwotnie nadchodziło ze ściśle określonego kierunku, zostaje stopniowo rozprowadzone w bardzo wielu kierunkach. Część światła po kolejnych rozproszeniach wraca w stronę górnej granicy chmury. Z tego powodu chmury obserwowane z góry mogą być bardzo jasne i skutecznie odbijać znaczną część padającego promieniowania słonecznego. Inna część przemieszcza się w bok, a pozostała może ostatecznie wydostać się przez podstawę. Właśnie ta ostatnia część odpowiada za oświetlenie powierzchni pod pełnym zachmurzeniem. Po wielokrotnym rozpraszaniu promieniowanie docierające spod chmury pochodzi jednak z wielu kierunków. Dlatego światło staje się bardziej rozproszone. Można zauważyć to na powierzchni. Przy bezchmurnym niebie bezpośrednie promienie słoneczne tworzą wyraźne cienie. Pod zwartą warstwą Opacus granice cieni stają się bardzo słabe albo całkowicie zanikają, ponieważ przedmioty są oświetlane światłem dochodzącym z dużej części sklepienia niebieskiego. Osłabienie bezpośredniego promieniowania nie oznacza przy tym, że cała jego energia zostaje pochłonięta przez chmurę. Znaczna część jest rozpraszana i część zostaje skierowana z powrotem w przestrzeń, a część dociera do niższych warstw atmosfery. Pewna ilość promieniowania jest również pochłaniana przez krople, kryształki i składniki atmosfery, przy czym znaczenie absorpcji zależy od długości fali. W zakresie światła widzialnego podstawową rolę w utracie bezpośredniej widoczności tarczy odgrywa jednak bardzo intensywne rozpraszanie. Właśnie dlatego chmura może być jednocześnie jasna i nieprzezroczysta. Jasność nie oznacza, że światło przechodzi przez nią bez zakłóceń. Przeciwnie, jasny wygląd może być rezultatem bardzo skutecznego rozpraszania promieniowania.
Dlaczego położenia Słońca lub Księżyca nie można rozpoznać przez warstwę?
Aby można było zobaczyć Słońce przez chmurę, do oka musi docierać dostatecznie silna składowa promieniowania zachowująca informację o kierunku, z którego pochodzi. Nawet jeżeli tarcza jest rozmyta, jej położenie nadal może być możliwe do określenia, jeśli bezpośrednie światło nie zostało zbyt mocno osłabione. W Opacus sytuacja jest inna. Liczba oddziaływań wewnątrz warstwy jest tak duża, że bezpośrednia składowa promieniowania zostaje silnie ograniczona. Światło docierające do obserwatora spod chmury jest w dużym stopniu mieszaniną promieni rozproszonych w różnych miejscach i kierunkach. W efekcie nie tworzą one wyraźnego obrazu tarczy. Może wystąpić pewne ogólne rozjaśnienie części nieba, szczególnie gdy grubość chmury nie jest wszędzie identyczna. Nie musi ono jednak umożliwiać precyzyjnego wskazania położenia Słońca. To rozróżnienie jest bardzo ważne. Nie każda jaśniejsza część zachmurzenia oznacza, że tarcza słoneczna jest widoczna przez chmurę. W przypadku Opacus materiał chmurowy skutecznie uniemożliwia jej rozpoznanie. Obserwator może wiedzieć na podstawie pory dnia i kierunków świata, w której części nieba znajduje się Słońce, ale nie może określić tego dzięki bezpośredniej obserwacji przez warstwę. W przypadku Księżyca mechanizm jest taki sam, ale jego światło jest znacznie słabsze. Dlatego nawet warstwa, która w dzień wydaje się dość jasna, może nocą bardzo skutecznie ukrywać Księżyc. Przy pełni pod chmurami może być widoczne delikatne rozjaśnienie nieba. Jeżeli jednak nie pozwala ono rozpoznać położenia tarczy przez samą warstwę, zachowana zostaje cecha nieprzezroczystości. Znaczenie ma także kontrast pomiędzy źródłem światła a otaczającym zachmurzeniem. W cienkiej warstwie Słońce tworzy bardzo silny lokalny wzrost jasności. W grubej optycznie chmurze wielokrotne rozpraszanie rozprowadza tę energię na większy obszar. Kontrast maleje więc do tego stopnia, że tarcza przestaje odcinać się od otaczającego nieba.
Od czego zależy ilość światła docierającego do powierzchni?
Ilość światła docierającego do powierzchni pod warstwą Opacus nie jest zawsze taka sama. Dwa pochmurne dni mogą różnić się jasnością bardzo wyraźnie, mimo że w obu przypadkach Słońce pozostaje całkowicie niewidoczne. Podstawowe znaczenie ma grubość optyczna chmury. Im większa jest liczba cząstek znajdujących się na drodze promieniowania i im więcej rozproszeń zachodzi wewnątrz warstwy, tym mniejsza część bezpośredniego światła może dotrzeć do powierzchni. Znaczenie ma całkowita zawartość ciekłej wody i lodu. Bardzo zwarta warstwa może silniej ograniczać dopływ promieniowania niż chmura znajdująca się na granicy pomiędzy częściową przezroczystością a pełną nieprzezroczystością. Ważna jest również pionowa struktura zachmurzenia. Jedna warstwa Opacus może znajdować się pod kolejnymi chmurami występującymi wyżej. Wtedy promieniowanie słoneczne zostaje zmodyfikowane jeszcze zanim dotrze do dolnej warstwy. Wielowarstwowe zachmurzenie może więc powodować znacznie większe zaciemnienie niż pojedyncza warstwa o podobnych właściwościach. Istotne jest także położenie Słońca nad horyzontem. W godzinach okołopołudniowych do górnej granicy chmur dociera więcej promieniowania na jednostkę poziomej powierzchni niż rano lub wieczorem, gdy Słońce znajduje się nisko. Przy niskim położeniu Słońca promieniowanie musi dodatkowo pokonać dłuższą drogę przez atmosferę, zanim dotrze do chmur. Zwiększa się wtedy wpływ rozpraszania i absorpcji zachodzących poza samą warstwą chmurową. Znaczenie ma pora roku i szerokość geograficzna, ponieważ wpływają one na wysokość Słońca oraz długość dnia. Ta sama warstwa Opacus może powodować inne wrażenie jasności w letnie południe niż podczas zimowego dnia przy nisko położonym Słońcu. Wpływ ma również otoczenie chmury. Jeżeli rozległa warstwa zajmuje całe niebo, ilość promieniowania docierającego z obszarów bezchmurnych jest niewielka. Gdy natomiast nieprzezroczysta chmura zajmuje tylko część nieba, światło może docierać z sąsiednich obszarów i rozjaśniać krajobraz. Równie ważne są właściwości powierzchni. Jasne podłoże, szczególnie pokrywa śnieżna, odbija znaczną część padającego promieniowania. Część tego światła może ponownie docierać do podstawy chmur i być kolejny raz rozpraszana, wpływając na ogólną jasność otoczenia. Dlatego określenie opacus nie informuje, jak ciemno będzie pod chmurą. Dwie warstwy spełniające kryterium nieprzezroczystości mogą przepuszczać różne ilości rozproszonego promieniowania. W jednym przypadku dzień pozostaje stosunkowo jasny, choć Słońca nie można zobaczyć. W innym rozbudowane, grube zachmurzenie powoduje silne zaciemnienie i wyraźny spadek ilości światła docierającego do powierzchni. Wspólną cechą pozostaje brak możliwości rozpoznania tarczy Słońca lub Księżyca przez materiał chmurowy. To nie całkowity brak światła, lecz bardzo silne osłabienie jego bezpośredniej składowej oraz intensywne rozpraszanie wewnątrz warstwy odpowiadają za charakterystyczny wygląd Opacus.
Jak wyglądają chmury Opacus?
Chmury wykazujące odmianę Opacus mogą różnić się wyglądem w zależności od rodzaju, przy którym występują, jednak łączy je jedna podstawowa cecha: tworzą na tyle zwartą optycznie strukturę, że znajdujące się za nimi Słońce lub Księżyc nie są widoczne. Nieprzezroczystość może występować zarówno w bardziej jednolitej zasłonie Altostratus czy Stratus, jak i w rozległych polach Altocumulus lub Stratocumulus zbudowanych z wyraźniejszych elementów. Z powierzchni takie zachmurzenie często sprawia wrażenie ciężkiej, szarej pokrywy nieba. Może zajmować znaczną część horyzontu albo rozciągać się od jednego krańca nieba do drugiego. W niektórych przypadkach nie widać niemal żadnych wyraźnych szczegółów strukturalnych, w innych zachmurzenie składa się z dobrze rozpoznawalnych wałów, ławic lub płatów, ale ich grubość i zawartość materiału chmurowego są wystarczające, aby całkowicie zasłaniać źródło światła.
Zwarta, rozległa warstwa zachmurzenia
Jednym z najbardziej charakterystycznych elementów wyglądu Opacus jest wrażenie zwartego zachmurzenia. Nie musi ono oznaczać idealnie jednolitej powierzchni pozbawionej jakiejkolwiek struktury, ale większa część obserwowanej warstwy tworzy ciągłą optycznie przesłonę. W przypadku Altostratus opacus niebo może wyglądać jak pokryte rozległą, niemal jednolitą zasłoną. Granice poszczególnych elementów są słabo widoczne albo w ogóle trudne do rozpoznania. Całość może przyjmować formę szerokiej szarej warstwy rozciągającej się na dużej części nieba. Stratus opacus może wyglądać jeszcze bardziej jednolicie, szczególnie gdy jego podstawa jest niska i rozciąga się szeroko nad obserwatorem. Taki układ może przypominać szary sufit zawieszony nad krajobrazem. W zależności od wysokości podstawy może sprawiać wrażenie bardzo bliskiego powierzchni. Altocumulus opacus i Stratocumulus opacus zachowują większą elementowość. Widać w nich poszczególne płaty, zaokrąglone fragmenty lub wały, ale cała struktura jest na tyle zwarta, że bezpośrednie światło nie przebija się przez materiał chmurowy. Rozległość zachmurzenia ma duże znaczenie dla ogólnego wrażenia wizualnego. Jeżeli Opacus obejmuje niemal całe niebo, dzień może wydawać się monotonny i przygaszony. Krajobraz traci wyraźne kontrasty, a światło staje się miękkie i równomierne. Nie oznacza to jednak, że każda część warstwy ma identyczną grubość. W rzeczywistej atmosferze zawsze występują lokalne różnice. Jedne fragmenty mogą być nieco jaśniejsze, inne ciemniejsze, ale mimo tego Słońce nadal pozostaje niewidoczne. Zwarta struktura może być szczególnie wyraźna wtedy, gdy kilka warstw zachmurzenia nakłada się na siebie. Wtedy nawet jeśli pojedyncza warstwa nie byłaby bardzo gruba optycznie, ich łączny efekt może tworzyć wyjątkowo szczelną zasłonę.
Szary lub ciemnoszary wygląd
Opacus bardzo często przybiera odcienie szarości, od jasnoszarego do ciemnoszarego. Kolor zależy jednak od wielu czynników i nie powinien być traktowany jako jedyne kryterium rozpoznania. Szary wygląd wynika przede wszystkim ze sposobu, w jaki światło jest rozpraszane i osłabiane w chmurze. Białe chmury są zazwyczaj obserwowane wtedy, gdy są intensywnie oświetlone i część światła skutecznie dociera do obserwatora z ich powierzchni lub krawędzi. Jeżeli warstwa jest gruba optycznie i obserwator patrzy na jej dolną część, sytuacja wygląda inaczej. Znaczna część światła padającego na górną powierzchnię zostaje rozproszona z powrotem ku górze lub w innych kierunkach. Do podstawy dociera go mniej. W rezultacie dolna część chmury może wyglądać na szarą lub ciemnoszarą. Im większa grubość optyczna, tym bardziej wyraźne może być przyciemnienie. Nie jest to jednak zależność absolutna. Jasność zależy także od wysokości Słońca, pory dnia, obecności innych warstw zachmurzenia oraz otoczenia. W letnie południe nawet nieprzezroczysta warstwa może wyglądać stosunkowo jasno, ponieważ ilość padającego promieniowania słonecznego jest duża. Zimą albo przy nisko położonym Słońcu ta sama struktura może wydawać się znacznie ciemniejsza. Duże znaczenie ma również grubość całego systemu zachmurzenia. Jeśli nad warstwą Opacus znajduje się kolejne piętro chmur, ilość światła docierającego do jej górnej granicy może być już ograniczona. Wtedy obserwowana podstawa staje się jeszcze ciemniejsza. Stratus opacus może być jasnoszary, szczególnie gdy jest stosunkowo cienki geometrycznie, ale nadal wystarczająco nieprzezroczysty, aby ukrywać Słońce. Altostratus opacus może natomiast przyjmować znacznie bardziej jednolitą i ciemniejszą barwę. W Stratocumulus opacus często widać większe różnice tonalne pomiędzy poszczególnymi elementami. Ich wypukłe części mogą być jaśniejsze, a dolne fragmenty i obszary o większej grubości optycznej wyraźnie ciemniejsze. Dlatego szary lub ciemnoszary wygląd jest częsty, ale nie wystarcza do samodzielnego rozpoznania odmiany. Najważniejsze pozostaje to, czy chmura zasłania położenie Słońca lub Księżyca.
Nieprzezroczystość jako najważniejsza cecha
Najbardziej charakterystyczną właściwością Opacus nie jest kolor, wysokość ani kształt, lecz nieprzezroczystość. Odmiana ta jest definiowana przez zdolność chmury do całkowitego zasłaniania położenia Słońca lub Księżyca. To oznacza, że dwie chmury mogą wyglądać zupełnie inaczej pod względem struktury, a mimo tego obie wykazywać opacus. Altostratus może być jednolitą zasłoną, Stratocumulus może składać się z wielu dużych elementów, ale jeśli materiał chmurowy skutecznie maskuje źródło światła, wspólna cecha zostaje zachowana. Nieprzezroczystość nie oznacza całkowitego braku przenikania światła przez chmurę. Warstwa nadal może przepuszczać znaczną ilość promieniowania rozproszonego. Różnica polega na tym, że nie zachowuje się dostatecznie silna bezpośrednia składowa pozwalająca zobaczyć tarczę. W praktyce obserwator może patrzeć w stronę Słońca i widzieć jedynie jaśniejszy fragment szarego nieba. Jeżeli jednak nie da się określić dokładnego położenia tarczy przez samą warstwę, chmura zachowuje charakter nieprzezroczysty. W przeciwieństwie do translucidus, gdzie położenie Słońca lub Księżyca jest rozpoznawalne, opacus tworzy optyczną zasłonę. Nieprzezroczystość może być bardzo stabilna albo zmieniać się w czasie. Jeśli chmura gęstnieje, staje się coraz bardziej skuteczna w zasłanianiu światła. Jeśli się przerzedza, może zbliżać się do stanu częściowej przezroczystości. Dlatego podczas dłuższej obserwacji warto zwracać uwagę nie tylko na wygląd w jednej chwili, ale także na ewolucję całej warstwy.
Brak widocznej tarczy Słońca lub Księżyca
Jednym z najprostszych sposobów rozpoznania Opacus podczas obserwacji nieba jest sprawdzenie, czy przez materiał chmurowy można zobaczyć Słońce lub Księżyc. W przypadku odmiany opacus tarcza nie jest widoczna. Nie pojawia się wyraźny kontur, charakterystyczny jasny dysk ani dostatecznie skoncentrowane rozjaśnienie pozwalające jednoznacznie wskazać jej położenie. W ciągu dnia niebo może być równomiernie jasne, ale kierunek bezpośredniego światła zostaje zatarty. Cienie na powierzchni są wtedy bardzo słabe lub całkowicie zanikają. Jeżeli zachmurzenie jest wyjątkowo grube, całe otoczenie może sprawiać wrażenie znacznie ciemniejszego niż zwykle. W przypadku Księżyca sytuacja jest jeszcze bardziej wyraźna, ponieważ jego światło jest znacznie słabsze. Zwarta warstwa może całkowicie ukryć tarczę, a niebo pozostaje niemal jednolicie ciemne. Podczas pełni możliwe jest niewielkie rozjaśnienie obszaru nieba, jeśli chmura nie jest bardzo gruba. Nie wystarcza to jednak do uznania warstwy za częściowo przezroczystą, jeżeli nie można wskazać dokładnego położenia tarczy. Znaczenie ma również to, czy Słońce lub Księżyc są faktycznie zasłaniane przez materiał chmurowy, a nie przez inne elementy. Klasyfikacja dotyczy właściwości samej chmury. Jeśli źródło światła znajduje się poza chmurą lub nisko nad horyzontem za przeszkodą terenową, nie można na tej podstawie ocenić, czy obserwowana warstwa jest opacus.
Jak rozpoznać Opacus podczas obserwacji nieba?
Rozpoznanie Opacus wymaga przede wszystkim połączenia kilku cech. Pierwszym krokiem jest ustalenie rodzaju chmury. Należy ocenić jej strukturę, wysokość pozorną, rozmiar elementów i ogólną formę. Dopiero później można określić, czy odmiana opacus ma zastosowanie. Jeżeli obserwowany jest Altostratus, warto zwrócić uwagę na to, czy Słońce jest widoczne przez zasłonę. W opacus tarcza znika całkowicie. Warstwa może być szara, szeroka i stosunkowo jednolita. W przypadku Altocumulus i Stratocumulus trzeba obserwować nie tylko obecność elementów, ale także ich stopień przejrzystości. Jeśli poszczególne fragmenty zasłaniają Słońce, a większa część pola tworzy nieprzezroczystą strukturę, można mówić o opacus. Przy Stratus kluczowa jest niska, jednolita warstwa. Jeżeli nie widać przez nią tarczy Słońca lub Księżyca, a zachmurzenie zachowuje cechy Stratus, odmiana opacus jest możliwa. Należy jednak unikać prostego założenia, że każda ciemna chmura to Opacus. Chmury Cumulus, Cumulonimbus czy Nimbostratus również mogą całkowicie zasłaniać Słońce, ale odmiana opacus nie jest do nich stosowana. Ważne jest również odróżnienie nieprzezroczystości samej chmury od zasłaniania Słońca przez kilka warstw jednocześnie. Jeżeli jedna warstwa jest cienka, ale nad nią znajduje się druga chmura, całkowite zasłonięcie tarczy może wynikać z łącznego efektu obu struktur. Podczas obserwacji dobrze jest więc patrzeć szerzej i oceniać całe pole zachmurzenia. Warto również zwracać uwagę na różnice przestrzenne. Jedna część chmury może być całkowicie nieprzezroczysta, podczas gdy druga staje się cieńsza. Jeżeli Słońce przesuwa się za kolejne fragmenty, można zaobserwować, jak jego widoczność zmienia się wraz z lokalną grubością optyczną.
Czym różni się od częściowo przejrzystych chmur?
Najważniejsza różnica pomiędzy Opacus a częściowo przejrzystą odmianą Translucidus dotyczy możliwości rozpoznania położenia Słońca lub Księżyca. W Translucidus światło przechodzi przez chmurę w dostatecznym stopniu, aby tarcza albo przynajmniej jej wyraźne położenie pozostawały widoczne. W Opacus taka możliwość zanika. Różnica nie polega więc wyłącznie na subiektywnym wrażeniu, że jedna chmura jest ciemniejsza od drugiej. Translucidus może być szary i stosunkowo gruby, ale jeśli Słońce nadal da się rozpoznać przez materiał chmurowy, zachowuje charakter częściowo przejrzysty. Opacus może natomiast wyglądać stosunkowo jasno, szczególnie przy silnym oświetleniu, lecz jeśli tarcza jest całkowicie ukryta, warstwa pozostaje nieprzezroczysta. Zasadnicza różnica wynika z grubości optycznej i skuteczności rozpraszania światła. W częściowo przejrzystej chmurze bezpośrednia składowa promieniowania jest osłabiona, ale nie zanika całkowicie. W nieprzezroczystej warstwie zostaje zredukowana na tyle silnie, że źródło światła przestaje być rozpoznawalne. Nie należy też mylić Translucidus z sytuacją, w której Słońce jest widoczne przez przerwę pomiędzy elementami chmur. W takim przypadku światło nie przechodzi przez materiał chmurowy, lecz przez wolną przestrzeń. Opacus odnosi się do właściwości samej chmury. Jeśli patrzymy bezpośrednio przez jej element i nie możemy zobaczyć Słońca ani Księżyca, oznacza to, że dana część jest optycznie wystarczająco zwarta. Granica pomiędzy częściową przezroczystością a nieprzezroczystością może zmieniać się wraz z rozwojem zachmurzenia. Chmura może stopniowo gęstnieć, przez co Słońce najpierw jest widoczne jako rozmyta tarcza, następnie traci kontrast, aż całkowicie znika. Możliwy jest także przebieg odwrotny. Jeśli warstwa się przerzedza, wcześniej niewidoczne Słońce może zacząć pojawiać się jako słabe rozjaśnienie, a następnie jako coraz wyraźniejsza tarcza. Różnica pomiędzy Opacus a chmurami częściowo przejrzystymi nie jest więc jedynie kwestią estetyki nieba. Odzwierciedla rzeczywiste różnice w strukturze optycznej zachmurzenia i w sposobie, w jaki ogromna liczba cząstek chmurowych oddziałuje z przechodzącym przez nie światłem.
Z jakimi chmurami występuje odmiana Opacus?
Odmiana Opacus nie jest samodzielnym rodzajem chmury i nie powinna być traktowana jako osobna kategoria zachmurzenia. Może występować tylko przy określonych rodzajach chmur, które zachowują własną strukturę, typową wysokość i charakterystyczny wygląd, a określenie opacus dodaje do ich opisu informację o nieprzezroczystości. W praktyce oznacza to, że poprawne rozpoznanie zawsze powinno zaczynać się od ustalenia rodzaju chmury. Dopiero później można określić, czy jej rozległa warstwa lub większa część pola jest na tyle zwarta optycznie, że Słońce lub Księżyc zostają całkowicie ukryte.
Altocumulus opacus
Altocumulus opacus jest odmianą występującą przy Altocumulus, czyli chmurach piętra średniego. Zachowuje typową dla tego rodzaju budowę złożoną z elementów, płatów, ławic lub zaokrąglonych struktur, ale są one wystarczająco grube optycznie, aby nie przepuszczać światła w stopniu pozwalającym rozpoznać położenie Słońca lub Księżyca. Altocumulus może tworzyć bardzo rozległe pola obejmujące znaczną część nieba. Poszczególne elementy bywają wyraźnie zróżnicowane pod względem jasności, ponieważ ich grubość i zawartość wody nie są jednakowe. W przypadku opacus istotne jest to, że materiał chmurowy tworzący większą część warstwy jest nieprzezroczysty. Jeśli Słońce znajduje się bezpośrednio za elementami Altocumulus, jego tarcza nie powinna być widoczna przez samą chmurę. Nie oznacza to jednak, że całe niebo musi być jednolicie szare. Altocumulus nadal może prezentować własną strukturę. Widoczne mogą być ciemniejsze i jaśniejsze fragmenty, wyraźne granice elementów oraz ich przestrzenne ułożenie. Właśnie ta cecha odróżnia Altocumulus opacus od bardziej jednolitego Altostratus opacus. Obie chmury mogą zasłaniać Słońce, ale robią to przy zachowaniu zupełnie innego wyglądu. Altocumulus opacus może powstawać wtedy, gdy warstwa piętra średniego zawiera odpowiednio dużą ilość ciekłej wody, przechłodzonych kropli lub kryształków lodu. Jeżeli koncentracja cząstek jest wysoka, a elementy mają dostateczną miąższość, bezpośrednie światło zostaje silnie osłabione. W pewnych sytuacjach poszczególne części pola mogą różnić się stopniem nieprzezroczystości. Jedne elementy mogą być bardzo zwarte, a inne cieńsze. Dlatego podczas przemieszczania się chmur po niebie Słońce może okresowo pozostawać całkowicie niewidoczne, a później pojawiać się w cieńszym fragmencie pola. Nie każda ciemna ławica Altocumulus automatycznie jest opacus. Decydujące jest zachowanie warstwy względem światła, a nie sama barwa chmur. Altocumulus opacus pokazuje więc dobrze, że odmiana opacus nie wymaga idealnie jednolitego zachmurzenia. Może występować także w chmurach o wyraźnej, elementowej strukturze.
Altostratus opacus
Altostratus opacus jest jedną z najbardziej charakterystycznych postaci nieprzezroczystej warstwy chmur. Altostratus tworzy zwykle rozległą zasłonę obejmującą znaczną część nieba, a gdy osiąga dostatecznie dużą grubość optyczną, całkowicie ukrywa położenie Słońca lub Księżyca. W odróżnieniu od cieńszego Altostratus translucidus, przez który Słońce może być widoczne jako przygaszona, rozmyta tarcza, Altostratus opacus nie pozwala już na takie rozpoznanie. Warstwa może być szara lub ciemnoszara i często wykazuje niewielkie zróżnicowanie strukturalne. Niebo sprawia wtedy wrażenie przykrytego szeroką, jednolitą zasłoną. Nie oznacza to jednak, że wewnątrz chmury nie występują różnice. Altostratus może mieć bardzo rozbudowaną strukturę pionową i obejmować warstwy o różnej temperaturze. W cieplejszych częściach mogą dominować krople ciekłej wody, w chłodniejszych przechłodzone krople i kryształki lodu. Całość może mieć więc złożoną budowę mikrofizyczną, mimo pozornie jednolitego wyglądu od spodu. Altostratus opacus często powstaje w rozległych strefach unoszenia powietrza. Jeżeli wilgotna warstwa jest stopniowo ochładzana i kondensacja obejmuje coraz większy zakres wysokości, zawartość materiału chmurowego wzrasta. Wraz z tym procesem może następować przejście od cieńszej warstwy do coraz bardziej nieprzezroczystej. Słońce najpierw staje się coraz słabiej widoczne, następnie traci wyraźny kontur, aż ostatecznie znika. Nie każda rozległa, ciemna zasłona jest jednak Altostratus opacus. Przy bardzo grubym, rozbudowanym zachmurzeniu opadowym może pojawić się Nimbostratus, który stanowi odrębny rodzaj i nie jest opisywany odmianą opacus. Dlatego szczególnie ważne jest prawidłowe rozpoznanie rodzaju przed zastosowaniem nazwy odmiany. Altostratus opacus może występować przez wiele godzin, ponieważ procesy odpowiedzialne za jego utrzymywanie często obejmują duże obszary. Jeżeli rozległe unoszenie i dostawa wilgoci nie słabną, chmura może zachowywać zwartą strukturę przez długi czas.
Stratocumulus opacus
Stratocumulus opacus należy do chmur niskich i może tworzyć bardzo rozległe pola zbudowane z dużych, wyraźnie zaznaczonych elementów. W przeciwieństwie do Stratus, który częściej wygląda jak bardziej jednolita warstwa, Stratocumulus zachowuje charakterystyczne wały, płaty, zaokrąglone struktury lub szerokie pasma. W odmianie opacus elementy te są dostatecznie zwarte optycznie, aby całkowicie zasłaniać Słońce lub Księżyc. Dolna część Stratocumulus może być wyraźnie szara, a lokalnie nawet ciemnoszara. Często widoczne jest silne cieniowanie pomiędzy poszczególnymi fragmentami. Nieprzezroczystość nie musi oznaczać braku przerw między elementami. W polu Stratocumulus mogą znajdować się wolne przestrzenie, przez które widać błękitne niebo lub Słońce. Trzeba jednak odróżnić widoczność przez przerwę od widoczności przez sam materiał chmurowy. Jeżeli tarcza Słońca pojawia się wyłącznie w wolnej przestrzeni pomiędzy elementami, nie oznacza to, że chmura przestała być nieprzezroczysta. Stratocumulus opacus często rozwija się w dolnej troposferze, szczególnie wtedy, gdy wilgotna warstwa jest ograniczona od góry przez stabilne powietrze lub inwersję temperatury. Taki układ hamuje silny rozwój pionowy, ale sprzyja rozprzestrzenianiu się zachmurzenia poziomo. Jeżeli warstwa jest odpowiednio wilgotna i zawiera dostatecznie dużą ilość ciekłej wody, poszczególne elementy stają się grubsze optycznie. W pewnych sytuacjach Stratocumulus może być bardzo trwały i zajmować niebo przez wiele godzin. Może także tworzyć się nad rozległymi obszarami morskimi, gdzie dolna troposfera jest stale zasilana wilgocią. Jego wygląd bywa znacznie bardziej zróżnicowany niż Altostratus opacus, dlatego nie powinno się utożsamiać opacus wyłącznie z jednolitą szarą zasłoną. Stratocumulus opacus przypomina, że najważniejsza jest właściwość optyczna, a nie brak struktury.
Stratus opacus
Stratus opacus jest niską, rozległą i zwykle stosunkowo jednolitą warstwą zachmurzenia, która całkowicie zasłania Słońce lub Księżyc. Może sprawiać wrażenie bardzo niskiego, szarego stropu rozciągającego się nad krajobrazem. Przy niewielkiej wysokości podstawy obserwator często ma wrażenie, że chmura znajduje się bardzo blisko powierzchni. Stratus może powstawać na kilka sposobów. Jednym z nich jest ochładzanie wilgotnego powietrza przy powierzchni. Jeżeli kondensacja zachodzi tuż nad ziemią, może rozwinąć się mgła. Gdy warstwa mgły unosi się, jej podstawa oddziela się od powierzchni i może powstać Stratus. Innym mechanizmem jest napływ wilgotnego powietrza nad chłodniejsze podłoże. Stopniowe ochładzanie może prowadzić do nasycenia i tworzenia szerokiej warstwy chmur. Jeżeli zawartość ciekłej wody jest odpowiednio duża, Stratus staje się nieprzezroczysty. Stratus opacus może wyglądać bardzo podobnie do gęstej warstwy mgły obserwowanej od spodu, szczególnie gdy jego podstawa znajduje się nisko. Różnica polega głównie na tym, czy chmura styka się z powierzchnią. Warstwa często ma małe zróżnicowanie pionowe i nie wykazuje efektownych struktur. Jej wygląd może być monotonny, szary i pozbawiony wyraźnych granic poszczególnych elementów. Nie oznacza to jednak idealnej jednorodności. W Stratus mogą występować fragmenty cieńsze i grubsze, a jego podstawa może być lokalnie nierówna. Stratus opacus może także stopniowo przechodzić w bardziej przejrzystą postać, jeżeli warstwa zaczyna się przerzedzać. Wraz z parowaniem części kropelek Słońce może pojawić się jako rozmyta tarcza. Jeżeli ponownie staje się rozpoznawalne przez materiał chmurowy, warstwa przestaje spełniać charakterystyczne kryterium opacus.
Dlaczego nie należy określać wszystkich nieprzezroczystych chmur po prostu jako „Opacus”?
Jednym z najczęstszych nieporozumień związanych z odmianą Opacus jest traktowanie tej nazwy jako ogólnego określenia wszystkich ciemnych, zwartych i nieprzezroczystych chmur. Byłoby to jednak nieprawidłowe, ponieważ opacus ma ściśle określone miejsce w klasyfikacji chmur i może być stosowane wyłącznie w odniesieniu do Altocumulus, Altostratus, Stratocumulus oraz Stratus. Nieprzezroczystość sama w sobie nie wystarcza więc do nadania chmurze tej nazwy, nawet jeżeli całkowicie zasłania ona Słońce lub Księżyc. W atmosferze występuje wiele innych chmur, które mogą być bardzo grube optycznie i skutecznie blokować bezpośrednie światło słoneczne. Silnie rozbudowany Cumulus może mieć tak zwartą strukturę, że znajdujące się za nim Słońce całkowicie znika, podobnie jak Cumulonimbus, którego masywny rdzeń może tworzyć niezwykle ciemną i nieprzezroczystą część chmury. Również Nimbostratus zazwyczaj tworzy grubą, rozległą zasłonę, przez którą położenia Słońca nie można rozpoznać. Żadnej z tych chmur nie określa się jednak jako opacus, ponieważ ta odmiana nie jest stosowana przy tych rodzajach chmur. Pokazuje to wyraźnie, że o zastosowaniu nazwy nie decyduje sam stopień zaciemnienia nieba. Podczas obserwacji należy zatem najpierw rozpoznać podstawowy rodzaj chmury na podstawie jej budowy, wyglądu, struktury i położenia, a dopiero później określać jej dodatkowe cechy. Jeżeli obserwowana warstwa jest Altocumulus, Altostratus, Stratocumulus albo Stratus, można następnie ocenić, czy większa część zachmurzenia jest wystarczająco nieprzezroczysta, aby całkowicie maskować Słońce lub Księżyc. Dopiero spełnienie tych warunków pozwala zastosować określenie opacus jako uzupełnienie nazwy rozpoznanego rodzaju chmury. Z tego powodu samo stwierdzenie, że na niebie znajduje się „Opacus”, jest klasyfikacyjnie niepełne, ponieważ nie wskazuje, jaka chmura wykazuje tę cechę. Pełna nazwa powinna zachowywać podstawowy rodzaj i dopiero do niego dodawać określenie odmiany, dlatego mówimy między innymi o Altocumulus opacus, Altostratus opacus, Stratocumulus opacus czy Stratus opacus. Taki zapis przekazuje znacznie więcej informacji, ponieważ pierwsza część nazwy określa zasadniczą postać chmury, natomiast druga wskazuje na jej nieprzezroczystość. Rozróżnienie to jest szczególnie ważne podczas praktycznej obserwacji nieba, ponieważ bardzo odmienne chmury mogą z perspektywy obserwatora wyglądać podobnie ciemno. Sama barwa, brak widocznej tarczy Słońca czy nawet wrażenie wyjątkowo zwartego zachmurzenia nie pozwalają jeszcze stwierdzić, że mamy do czynienia z odmianą opacus. Najpierw trzeba rozpoznać strukturę chmury i ustalić jej rodzaj, a dopiero później można prawidłowo opisać jej właściwości optyczne. Opacus nie jest więc synonimem „nieprzezroczystej chmury”, lecz precyzyjnym określeniem klasyfikacyjnym stosowanym tylko przy wybranych rodzajach zachmurzenia. Dzięki zachowaniu tej zasady można uniknąć sytuacji, w której każda ciemna chmura zasłaniająca Słońce zostaje błędnie nazwana Opacus, mimo że w rzeczywistości może być Cumulusem, Cumulonimbusem, Nimbostratusem albo należeć do jeszcze innej kategorii, przy której tej odmiany się nie stosuje.
Gdzie i w jakich warunkach można obserwować Opacus?
Odmiana Opacus nie jest związana z jednym regionem świata, określoną porą roku ani pojedynczym typem sytuacji pogodowej. Może pojawiać się wszędzie tam, gdzie rozwija się Altocumulus, Altostratus, Stratocumulus lub Stratus, a powstałe zachmurzenie osiąga odpowiednio zwartą i nieprzezroczystą strukturę. Szczególnie sprzyjające są sytuacje, w których wilgotne powietrze obejmuje rozległy obszar, a procesy zachodzące w atmosferze pozwalają na powstanie ciągłej lub niemal ciągłej warstwy chmur. Może temu towarzyszyć powolne unoszenie powietrza, napływ wilgotnej masy nad chłodniejsze podłoże, obecność inwersji temperatury, przemieszczanie się rozległych systemów frontowych albo długotrwałe utrzymywanie się wilgoci w określonej części troposfery.
Warunki atmosferyczne sprzyjające powstawaniu zwartych i nieprzezroczystych warstw chmur
Do rozwoju rozległego zachmurzenia wykazującego odmianę opacus potrzebne są przede wszystkim warunki umożliwiające powstanie i utrzymanie odpowiednio dużej ilości materiału chmurowego. Powietrze musi zawierać dostatecznie dużo pary wodnej, a następnie zostać ochłodzone do stanu nasycenia, aby mogła rozpocząć się kondensacja i rozwój chmury. Istotna jest przy tym nie tylko wilgotność w pojedynczym miejscu, lecz również rozległość warstwy, w której panują warunki sprzyjające tworzeniu zachmurzenia. Jeżeli wilgotne powietrze zajmuje niewielki obszar albo warstwa bliska nasycenia jest bardzo cienka, powstałe chmury mogą mieć ograniczony zasięg i stosunkowo szybko zanikać. Znacznie większe możliwości rozwoju rozległej warstwy pojawiają się wtedy, gdy wysoka wilgotność obejmuje dużą przestrzeń i utrzymuje się przez dłuższy czas. W dolnej troposferze szczególnie sprzyjające warunki mogą występować wtedy, gdy wilgotne powietrze znajduje się pod warstwą stabilną, zwłaszcza pod inwersją temperatury, w której temperatura wraz z wysokością zaczyna wzrastać zamiast spadać. Taki układ ogranicza swobodne przemieszczanie się powietrza ku górze, dlatego wilgoć może gromadzić się w stosunkowo płytkiej części atmosfery. Sprzyja to powstawaniu rozległych pokryw Stratus lub Stratocumulus, które zamiast intensywnie rozwijać się pionowo mogą rozprzestrzeniać się na dużej powierzchni. Jeżeli w takiej warstwie znajduje się odpowiednio dużo ciekłej wody, jej grubość optyczna może wzrosnąć na tyle, że tworzące ją chmury staną się nieprzezroczyste. Inny układ procesów może prowadzić do rozwoju Opacus w piętrze średnim, gdzie ważną rolę odgrywa rozległe, łagodne unoszenie wilgotnego powietrza. Jeżeli taki ruch obejmuje dużą przestrzeń, wznoszące się powietrze stopniowo się ochładza, a po osiągnięciu nasycenia może dojść do powstawania szerokich pól Altocumulus lub rozległych zasłon Altostratus. Dalsza kondensacja zwiększa ilość materiału chmurowego, dlatego początkowo stosunkowo cienka warstwa może stopniowo stawać się coraz bardziej zwarta i mniej przepuszczalna dla bezpośredniego światła. W przypadku Altostratus zmiana ta może być szczególnie dobrze widoczna, ponieważ wraz z grubieniem warstwy tarcza Słońca staje się coraz słabiej rozpoznawalna, aż w końcu całkowicie znika za chmurą. Powstawanie Opacus nie musi przy tym oznaczać gwałtownego rozwoju sytuacji atmosferycznej ani obecności silnych ruchów pionowych. Rozległe nieprzezroczyste warstwy mogą rozwijać się również w stosunkowo stabilnym środowisku, w którym unoszenie jest powolne, lecz obejmuje bardzo duży obszar i trwa wystarczająco długo, aby stopniowo zwiększać zasięg oraz grubość zachmurzenia. Niebo może wówczas wyglądać spokojnie i niemal monotonnie, mimo że w atmosferze cały czas zachodzą procesy transportu wilgoci, ochładzania i kondensacji. Nawet łagodne ruchy powietrza, jeśli obejmują setki kilometrów i utrzymują się przez wiele godzin, mogą doprowadzić do powstania rozległego systemu chmur o dużej nieprzezroczystości.
Występowanie w różnych częściach świata
Opacus nie jest odmianą charakterystyczną wyłącznie dla jednego klimatu, kontynentu czy określonej szerokości geograficznej. Ponieważ może występować przy Altocumulus, Altostratus, Stratocumulus i Stratus, można ją obserwować w wielu częściach świata, wszędzie tam, gdzie rozwijają się odpowiednie rodzaje chmur i osiągają dostatecznie dużą grubość optyczną. Różnić się mogą natomiast procesy prowadzące do ich powstawania, częstotliwość występowania poszczególnych rodzajów zachmurzenia oraz długość czasu, przez jaki rozległe nieprzezroczyste warstwy pozostają na niebie. W umiarkowanych szerokościach geograficznych ważną rolę odgrywa częste przemieszczanie się układów niżowych i związanych z nimi frontów atmosferycznych. Europa, w tym Polska, znajduje się w obszarze, w którym rozległe systemy baryczne regularnie przynoszą zmiany mas powietrza, wzrost wilgotności i rozwój wielowarstwowego zachmurzenia. Z tego powodu Altostratus opacus, Stratocumulus opacus czy Stratus opacus mogą pojawiać się w bardzo różnych sytuacjach, zarówno podczas przechodzenia rozległych stref frontowych, jak i w wilgotnych masach powietrza znajdujących się poza bezpośrednim zasięgiem aktywnego frontu. W chłodniejszej części roku szczególnie sprzyjające warunki mogą występować dla długotrwałych niskich warstw Stratus i Stratocumulus. Krótszy dzień i słabsze ogrzewanie powierzchni przez Słońce ograniczają mieszanie dolnej troposfery, a duża wilgotność w połączeniu ze stabilnym uwarstwieniem może powodować, że niskie zachmurzenie utrzymuje się przez wiele godzin. Jeżeli warstwa jest odpowiednio zwarta, może przez cały ten czas zachowywać cechę opacus. W cieplejszej części roku takie zachmurzenie również występuje, choć warunki sprzyjające jego rozwojowi mogą być mniej trwałe, a większą rolę mogą odgrywać systemy frontowe, napływ wilgotnego powietrza oraz rozwój rozległych pól Altocumulus i Stratocumulus. Szczególnie interesujące warunki występują nad morzami i oceanami, gdzie ogromna powierzchnia wody stanowi stałe źródło wilgoci dla dolnej troposfery. W niektórych regionach oceanicznych rozległe pola Stratocumulus mogą zajmować bardzo duże powierzchnie i tworzyć niemal ciągłe pokrywy zachmurzenia. Szczególnie sprzyjające warunki pojawiają się nad chłodnymi wodami oceanicznymi w strefach podzwrotnikowych, gdzie wilgotne powietrze znajdujące się w dolnej troposferze jest stabilizowane przez chłodną powierzchnię oceanu, a znajdująca się wyżej inwersja temperatury ogranicza pionowy rozwój chmur. W efekcie zachmurzenie może rozprzestrzeniać się poziomo na ogromnym obszarze i utrzymywać przez długi czas. Nie każda taka pokrywa Stratocumulus musi jednak wykazywać odmianę opacus, ponieważ o nieprzezroczystości decyduje aktualna budowa chmury, ilość znajdującej się w niej ciekłej wody oraz grubość optyczna poszczególnych elementów. Podobnie w innych częściach świata samo występowanie Stratus, Stratocumulus, Altocumulus czy Altostratus nie oznacza automatycznie, że mamy do czynienia z opacus. Chmura musi osiągnąć odpowiednie właściwości optyczne, aby jej większa część całkowicie maskowała Słońce lub Księżyc. Opacus można obserwować również nad rozległymi obszarami kontynentalnymi, w regionach górskich oraz na wysokich szerokościach geograficznych, jeżeli tylko warunki atmosferyczne pozwalają na rozwój odpowiednich rodzajów chmur. Nie istnieje więc jedna charakterystyczna „strefa Opacus”, którą można byłoby wyznaczyć na mapie świata. Występowanie tej odmiany jest związane przede wszystkim z aktualnym stanem i budową zachmurzenia, dlatego podąża za warunkami sprzyjającymi rozwojowi konkretnych rodzajów chmur, a nie za jedną określoną strefą klimatyczną.
Związek z rozległymi warstwami wilgotnego powietrza
Jednym z najważniejszych elementów sprzyjających powstawaniu rozległego Opacus jest obecność dużej warstwy wilgotnego powietrza, w której temperatura znajduje się blisko punktu nasycenia. W takich warunkach nawet stosunkowo niewielkie dalsze ochłodzenie może wystarczyć, aby kondensacja rozpoczęła się jednocześnie na dużej przestrzeni i doprowadziła do rozwoju szerokiego pola lub warstwy chmur. Im większy jest pionowy i poziomy zasięg wilgotnego powietrza, tym większa możliwość utworzenia rozległego zachmurzenia, które przy odpowiedniej ilości materiału chmurowego może stać się nieprzezroczyste. Wilgoć znajdująca się w atmosferze nie musi pochodzić bezpośrednio z obszaru, nad którym później obserwowane są chmury. Może być transportowana wraz z masami powietrza na setki, a nawet tysiące kilometrów, dlatego ważną rolę odgrywa cyrkulacja atmosferyczna. Powietrze przemieszczające się przez dłuższy czas nad morzem lub oceanem może zwiększać zawartość pary wodnej, a następnie przenosić tę wilgoć nad ląd, gdzie zmiana temperatury, ukształtowanie terenu albo obecność systemu frontowego doprowadzają do osiągnięcia nasycenia i rozwoju zachmurzenia. Rozległe warstwy wilgotnego powietrza mogą występować również znacznie powyżej powierzchni, dlatego wysoka wilgotność przy ziemi nie jest koniecznym warunkiem pojawienia się Opacus w piętrze średnim. Zdarza się, że dolna część troposfery jest stosunkowo sucha, podczas gdy kilka kilometrów wyżej znajduje się rozległa warstwa powietrza bliskiego nasycenia, w której rozwijają się Altocumulus lub Altostratus. Dla obserwatora oznacza to możliwość pojawienia się rozległego zachmurzenia piętra średniego mimo stosunkowo suchego powietrza odczuwanego przy powierzchni. Duże znaczenie ma zatem pionowy rozkład wilgotności, ponieważ atmosfera nie stanowi jednorodnej masy, lecz może składać się z wielu warstw różniących się temperaturą i zawartością pary wodnej. Chmura rozwija się przede wszystkim w tej części profilu, w której zostaje osiągnięte nasycenie, natomiast znajdujące się wyżej lub niżej suche powietrze może ograniczać jej rozwój albo prowadzić do stopniowego parowania kropelek na obrzeżach. Jeżeli warstwa nasycona jest odpowiednio gruba i przez dłuższy czas otrzymuje nową porcję wilgoci, wzrasta możliwość utrzymania dużej zawartości wody lub lodu, a wraz z nią także znacznej grubości optycznej. Z tego względu Opacus nie jest wyłącznie rezultatem warunków panujących w chwili powstania chmury. Równie istotne jest późniejsze utrzymywanie odpowiedniego bilansu wilgoci, ponieważ napływ suchego powietrza może prowadzić do przerzedzania i stopniowego zaniku warstwy, podczas gdy dalsze dostarczanie wilgoci pozwala zachmurzeniu utrzymywać zwartą strukturę. Jeżeli rozległy układ wilgotnego powietrza związany z masą powietrza, niżem lub systemem frontowym utrzymuje się przez wiele godzin, obserwator może przez znaczną część dnia widzieć niemal niezmienną szarą pokrywę, chociaż tworzące ją powietrze i cząstki chmurowe cały czas się przemieszczają i podlegają przemianom.
Powolne wznoszenie powietrza na dużych obszarach
Powstawanie rozległych warstw Opacus często wiąże się z unoszeniem powietrza, jednak nie musi ono mieć nic wspólnego z gwałtownymi ruchami pionowymi charakterystycznymi dla silnej konwekcji. W skali synoptycznej powietrze może wznosić się bardzo powoli, ale jeżeli proces obejmuje obszar liczący setki kilometrów i trwa wiele godzin, jego wpływ na rozwój zachmurzenia staje się bardzo duży. Takie łagodne unoszenie sprzyja przede wszystkim tworzeniu rozległych warstw chmur, a nie szybko rosnących pojedynczych struktur o dużym rozwoju pionowym. Podczas wznoszenia ciśnienie atmosferyczne maleje, dlatego powietrze rozpręża się i ochładza. Jeżeli zawiera dostatecznie dużo pary wodnej, jego temperatura stopniowo zbliża się do poziomu, przy którym osiągane jest nasycenie, a dalsze ochładzanie prowadzi do kondensacji. Gdy podobne warunki występują na dużej przestrzeni, proces nie ogranicza się do pojedynczych niewielkich chmur, lecz może objąć znaczną część warstwy atmosfery. Zachmurzenie stopniowo zwiększa wtedy swój zasięg, a wraz z dalszą kondensacją może również wzrastać ilość znajdującego się w nim materiału chmurowego. Mechanizm ten ma szczególne znaczenie dla Altostratus, który może rozwijać się jako bardzo rozległa zasłona piętra średniego. Jeżeli unoszenie wilgotnego powietrza utrzymuje się, warstwa stopniowo grubieje optycznie, a jej wygląd zmienia się wraz ze wzrostem ilości kropelek i kryształków. Słońce, które początkowo może być widoczne jako przygaszona i rozmyta tarcza, staje się coraz trudniejsze do rozpoznania, aż w bardziej rozwiniętej warstwie jego położenia nie można już określić. W ten sposób zachmurzenie może osiągnąć cechę charakterystyczną dla Altostratus opacus. Powolne unoszenie może również uczestniczyć w rozwoju Altocumulus, szczególnie jeżeli nasycenie zostaje osiągnięte w wyraźnie ograniczonej warstwie piętra średniego. W takim przypadku zamiast jednolitej zasłony mogą rozwijać się rozległe pola zachowujące charakterystyczną elementową strukturę Altocumulus. Jeżeli poszczególne elementy staną się odpowiednio grube optycznie, również one mogą całkowicie zasłaniać znajdujące się za nimi Słońce lub Księżyc. W dolnej troposferze ruchy pionowe mogą natomiast współdziałać z turbulencją i stabilnym uwarstwieniem atmosfery. Wilgotne powietrze mieszające się poniżej inwersji może być wielokrotnie unoszone i ochładzane, a jednocześnie pozostawać ograniczone do stosunkowo płytkiej warstwy. Takie środowisko sprzyja utrzymywaniu rozległego Stratocumulus, którego rozwój pionowy pozostaje ograniczony, ale zasięg poziomy może być bardzo duży. Z powierzchni powolne unoszenie obejmujące rozległy obszar jest trudne do bezpośredniego zauważenia, ponieważ nie powoduje gwałtownego wypiętrzania chmur. Jego skutki można jednak obserwować w dłuższej skali czasu, gdy początkowo niewielkie lub cienkie zachmurzenie stopniowo obejmuje coraz większą część nieba, a istniejąca warstwa staje się coraz bardziej zwarta. Zmiany mogą zachodzić przez wiele godzin, dlatego nieprzezroczyste Opacus może być końcowym efektem długotrwałego i pozornie spokojnego procesu obejmującego ogromną część atmosfery.
Związek z układami frontowymi, szczególnie frontami ciepłymi
Rozległe warstwy chmur wykazujące odmianę opacus mogą być związane z systemami frontowymi, ponieważ w ich obrębie dochodzi do przemieszczania i unoszenia rozległych mas wilgotnego powietrza. Szczególnie charakterystyczne warunki mogą występować w strefie frontu ciepłego, gdzie cieplejsza masa powietrza stopniowo nasuwa się nad chłodniejsze i gęstsze powietrze zalegające przy powierzchni. Ponieważ powierzchnia rozdzielająca obie masy jest nachylona, łagodne unoszenie ciepłego powietrza może rozpoczynać się w znacznej odległości od miejsca, w którym front znajduje się przy powierzchni. Wznoszące się ciepłe i wilgotne powietrze stopniowo się rozpręża i ochładza, a po osiągnięciu nasycenia rozpoczyna się rozwój zachmurzenia. Przy klasycznie zbudowanym froncie ciepłym pierwsze chmury mogą pojawić się wysoko i daleko przed jego zasadniczą częścią, natomiast wraz z postępującym unoszeniem i zwiększaniem grubości wilgotnej warstwy zachmurzenie stopniowo obejmuje coraz niższe poziomy atmosfery. W efekcie początkowo cienkie chmury wysokie mogą być z czasem uzupełniane przez coraz bardziej rozbudowane chmury piętra średniego. Szczególnie istotny jest tutaj Altostratus, który może tworzyć szeroką zasłonę zajmującą znaczną część lub nawet całe niebo. We wcześniejszej fazie jego warstwa może być na tyle cienka optycznie, że Słońce pozostaje widoczne jako przygaszona i rozmyta tarcza, jednak wraz z dalszym unoszeniem wilgotnego powietrza i wzrostem ilości materiału chmurowego zachmurzenie może stopniowo gęstnieć. Jeżeli jego grubość optyczna stanie się odpowiednio duża, położenie Słońca przestaje być możliwe do rozpoznania i Altostratus przyjmuje odmianę opacus. Dalszy rozwój systemu frontowego może prowadzić do jeszcze większego pogrubienia zachmurzenia oraz pojawienia się rozległej strefy opadów, jednak nie oznacza to, że każdy Altostratus opacus musi przekształcić się w Nimbostratus ani że samo pojawienie się Opacus zapowiada nadejście frontu ciepłego. Rzeczywiste układy atmosferyczne są znacznie bardziej złożone niż klasyczny schemat frontu, a rozmieszczenie chmur zależy między innymi od pionowego rozkładu wilgotności, stabilności atmosfery, dynamiki przepływu oraz budowy poszczególnych mas powietrza. Odmiana opacus może pojawiać się również w zachmurzeniu związanym z innymi rodzajami frontów oraz w rozległych strefach chmur otaczających układy niżowe, dlatego jej obecność nie pozwala samodzielnie określić rodzaju ani dokładnego położenia frontu. Może jednak stanowić jeden z elementów szerszego obrazu sytuacji atmosferycznej, zwłaszcza gdy obserwuje się stopniowe zwiększanie zachmurzenia, grubienie warstw piętra średniego oraz zanik widoczności tarczy Słońca.
Powstawanie nad chłodniejszym podłożem i dużymi zbiornikami wodnymi
Nieprzezroczyste warstwy niskich chmur mogą rozwijać się również bez rozległego unoszenia powietrza związanego z układami frontowymi. Jednym z mechanizmów sprzyjających ich powstawaniu jest ochładzanie wilgotnego powietrza od znajdującej się pod nim chłodniejszej powierzchni. Jeżeli stosunkowo ciepła i zasobna w parę wodną masa powietrza napływa nad chłodniejsze podłoże, jej najniższa część stopniowo traci ciepło, przez co temperatura zbliża się do punktu rosy. Po osiągnięciu stanu nasycenia może rozpocząć się kondensacja, a jeżeli odpowiednie warunki obejmują rozległy obszar, zamiast pojedynczych fragmentów zachmurzenia może rozwinąć się szeroka warstwa niskich chmur. W takich warunkach często sprzyjające środowisko powstaje dla Stratus, którego warstwa może rozciągać się na dużej powierzchni i tworzyć niemal jednolitą pokrywę nieba. Samo powstanie Stratus nie oznacza jednak jeszcze odmiany opacus, ponieważ decydujące znaczenie ma jego późniejsza budowa i nieprzezroczystość. Jeżeli kondensacja jest dostatecznie intensywna, a w chmurze znajduje się odpowiednio dużo kropelek wody, jej grubość optyczna może wzrosnąć na tyle, że bezpośrednie światło słoneczne zostanie silnie rozproszone i tarcza Słońca całkowicie zniknie za warstwą. Wówczas, przy spełnieniu pozostałych kryteriów klasyfikacyjnych, można mówić o Stratus opacus. Podobne procesy mogą zachodzić nad morzami i oceanami, których wpływ na dolną troposferę jest szczególnie wyraźny ze względu na dużą pojemność cieplną wody. Temperatura powierzchni dużego zbiornika zmienia się znacznie wolniej niż temperatura lądu, dlatego w określonych sytuacjach napływające powietrze może znaleźć się nad wodą wyraźnie chłodniejszą od niego. Jeżeli masa powietrza jest jednocześnie wilgotna, ochładzanie jej najniższej części zmniejsza różnicę pomiędzy aktualną temperaturą a punktem rosy, co może prowadzić do osiągnięcia nasycenia i rozwoju rozległego niskiego zachmurzenia. Nad oceanami bardzo duże znaczenie mają rozległe pokrywy Stratocumulus, których rozwój może być związany ze współdziałaniem kilku procesów zachodzących w dolnej troposferze. Chłodna powierzchnia oceanu sprzyja stabilizacji najniższych warstw atmosfery, natomiast znajdująca się wyżej inwersja temperatury ogranicza możliwość swobodnego rozwoju chmur na większą wysokość. Jednocześnie turbulentne mieszanie w warstwie granicznej transportuje ciepło i wilgoć, dzięki czemu zachmurzenie może utrzymywać się na rozległym obszarze i rozbudowywać przede wszystkim poziomo. W takich warunkach mogą powstawać ogromne pola Stratocumulus, które przy odpowiednio dużej zawartości ciekłej wody osiągają znaczną grubość optyczną. Nie każda rozległa pokrywa Stratocumulus będzie jednak automatycznie klasyfikowana jako opacus. Poszczególne elementy mogą mieć różną grubość i zawartość ciekłej wody, a pomiędzy nimi mogą występować cieńsze fragmenty lub prześwity. Dopiero wtedy, gdy większa część rozległego pola jest na tyle nieprzezroczysta, że całkowicie maskuje Słońce lub Księżyc, można zastosować określenie Stratocumulus opacus. Pokazuje to, że obecność dużego zbiornika wodnego może stworzyć środowisko sprzyjające rozwojowi odpowiednich chmur, ale ostateczna klasyfikacja zależy od właściwości samego zachmurzenia. Wpływ mórz, oceanów i dużych jezior nie jest przy tym zawsze jednakowy, ponieważ zależy od różnicy temperatur pomiędzy powierzchnią wody a napływającą masą powietrza, wilgotności, stabilności atmosfery oraz siły mieszania. Chłodniejsza powierzchnia może stabilizować najniższą część troposfery i sprzyjać rozwojowi warstwowych form zachmurzenia, podczas gdy wyraźnie cieplejsza woda może zwiększać strumienie ciepła i wilgoci kierowane do atmosfery oraz wzmacniać ruchy pionowe. Sam fakt obecności morza czy jeziora nie wystarcza więc do powstania Opacus, ponieważ znaczenie ma cały układ warunków termicznych i wilgotnościowych. Podobna zależność występuje nad lądem, gdzie chłodne podłoże w połączeniu z dużą wilgotnością i słabym mieszaniem może sprzyjać rozwojowi Stratus. Takie warunki mogą pojawiać się między innymi wtedy, gdy powierzchnia pozostaje chłodna przez dłuższy czas, a znajdujące się nad nią powietrze jest bliskie nasycenia. Jeżeli jednak podłoże zacznie się ogrzewać, wzrośnie turbulencja i nasili się pionowe mieszanie, niska warstwa chmur może stopniowo zmieniać swoją strukturę, podnosić podstawę, rozrywać się albo całkowicie zanikać. Wraz ze zmniejszeniem ilości materiału chmurowego może również maleć jej nieprzezroczystość, dlatego cecha opacus nie musi utrzymywać się przez cały okres istnienia zachmurzenia. Opacus może zatem pojawiać się zarówno w rozległych systemach chmur piętra średniego rozwijających się podczas wielkoskalowego unoszenia, jak i w niskich warstwach powstających wskutek ochładzania wilgotnego powietrza nad chłodniejszą powierzchnią. Nie istnieje jeden charakterystyczny mechanizm prowadzący do powstania tej odmiany, ponieważ odnosi się ona do właściwości optycznej chmury, a nie do konkretnego sposobu jej utworzenia. Wspólnym elementem różnych sytuacji jest dopiero końcowy efekt rozwoju zachmurzenia: warstwa osiąga tak dużą nieprzezroczystość, że znajdująca się za nią tarcza Słońca lub Księżyca przestaje być widoczna.
Czy chmury Opacus przynoszą opady?
Nieprzezroczysty wygląd chmury może sprawiać wrażenie, że jest ona gruba, silnie rozwinięta i niemal na pewno związana z opadami. W rzeczywistości zależność nie jest tak prosta, ponieważ określenie opacus opisuje przede wszystkim właściwość optyczną zachmurzenia, a nie jego zdolność do wytwarzania deszczu czy mżawki. Chmura może zawierać wystarczająco dużo kropelek wody lub kryształków lodu, aby całkowicie zasłonić Słońce, a jednocześnie nie mieć warunków potrzebnych do rozwoju cząstek opadowych. Możliwość pojawienia się opadów zależy przede wszystkim od rodzaju chmury, jej pionowej budowy, zawartości ciekłej wody i lodu, temperatury poszczególnych części warstwy oraz przebiegu procesów mikrofizycznych. Z tego względu Altostratus opacus, Stratocumulus opacus i Stratus opacus mogą zachowywać się pod tym względem zupełnie inaczej, mimo że wszystkie spełniają kryterium nieprzezroczystości.
Dlaczego sama cecha Opacus nie przesądza o występowaniu opadów?
Opacus informuje o tym, że większa część rozległej warstwy, płata lub pola chmur jest dostatecznie nieprzezroczysta, aby całkowicie zasłaniać Słońce lub Księżyc. Nie mówi natomiast, czy tworzące chmurę cząstki osiągnęły rozmiary pozwalające im wypadać z niej w postaci opadu docierającego do powierzchni. Typowe kropelki chmurowe są bardzo małe. Mogą występować w ogromnej liczbie i wspólnie tworzyć warstwę o znacznej grubości optycznej, ale ich niewielkie rozmiary sprawiają, że bardzo łatwo są utrzymywane w chmurze przez nawet słabe ruchy powietrza. Sama duża koncentracja drobnych kropelek może więc wystarczyć do powstania nieprzezroczystego zachmurzenia, choć nie musi prowadzić do opadu. Aby z chmury zaczął wypadać deszcz lub mżawka, potrzebny jest dalszy wzrost cząstek. W chmurach zdominowanych przez ciekłą wodę krople mogą zderzać się ze sobą i łączyć, stopniowo zwiększając swoje rozmiary. Gdy stają się dostatecznie duże, ich prędkość opadania rośnie i coraz trudniej utrzymać je wewnątrz chmury. W chmurach zawierających zarówno przechłodzone krople wody, jak i kryształki lodu ważną rolę mogą odgrywać procesy związane z fazą lodową. Kryształki mogą wzrastać kosztem otaczającej je pary wodnej, łączyć się ze sobą lub przechwytywać przechłodzone krople. Powstające w ten sposób większe cząstki zaczynają opadać, a jeżeli przechodzą przez warstwę o temperaturze powyżej 0°C, mogą stopić się i dotrzeć do powierzchni jako deszcz. Możliwa jest zatem chmura bardzo skutecznie rozpraszająca światło, która przez długi czas nie daje żadnego opadu. Możliwa jest również warstwa wyglądająca podobnie, ale zawierająca już rozwinięte cząstki opadowe. Z samego faktu, że Słońce całkowicie zniknęło za chmurami, nie można rozstrzygnąć, z którą sytuacją mamy do czynienia. Nieprzezroczystość i zdolność do wytwarzania opadu są więc dwiema różnymi właściwościami zachmurzenia. Mogą występować jednocześnie, ale jedna nie wynika automatycznie z drugiej.
Znaczenie rodzaju chmury, której dotyczy odmiana
Ponieważ opacus może występować przy kilku rodzajach chmur, możliwość pojawienia się opadów trzeba zawsze rozpatrywać w odniesieniu do konkretnej chmury. Samo określenie odmiany nie zawiera wystarczającej informacji o jej pionowej budowie ani procesach zachodzących w jej wnętrzu. Altocumulus opacus może tworzyć rozległe, nieprzezroczyste pola piętra średniego, lecz opad z takich chmur często nie dociera do powierzchni. Jeżeli powstające cząstki opadowe są niewielkie, a pod podstawą znajduje się warstwa suchego powietrza, mogą częściowo lub całkowicie wyparować podczas opadania. W innych przypadkach Altocumulus nie rozwija cząstek dostatecznie dużych, aby w ogóle powstał wyraźny opad. Inaczej może zachowywać się Altostratus opacus, zwłaszcza gdy stanowi część rozległego i pogłębiającego się systemu chmurowego. Taka warstwa może mieć znaczną pionową rozciągłość, obejmować duży zakres temperatur i zawierać zarówno krople wody, jak i kryształki lodu. Wraz z dalszym rozwojem warunków sprzyjających wzrostowi cząstek możliwość wystąpienia opadów może wyraźnie wzrastać. Trzeba jednak pamiętać, że przy rozwinięciu rozległego, ciągłego zachmurzenia opadowego klasyfikacja rodzaju chmury może ulec zmianie, dlatego nie należy każdego długotrwałego opadu spod szarej warstwy automatycznie przypisywać Altostratus opacus. Stratocumulus opacus zazwyczaj ma mniejszą pionową rozciągłość niż rozbudowane chmury warstwowe związane z większymi systemami opadowymi. Może pozostawać całkowicie bezopadowy przez wiele godzin, ale przy odpowiedniej zawartości ciekłej wody z jego grubszych elementów mogą pojawiać się słabe opady. Ich występowanie bywa lokalne i nierównomierne, ponieważ poszczególne części rozległego pola Stratocumulus mogą znacznie różnić się grubością oraz strukturą. Stratus opacus jest natomiast szczególnie kojarzony z możliwością występowania mżawki. Niska warstwa składająca się głównie z kropelek wody może w sprzyjających warunkach wytwarzać niewielkie krople opadowe, które mają krótką drogę do pokonania od podstawy chmury do powierzchni. Nie oznacza to jednak, że każdy Stratus opacus przynosi mżawkę. Bardzo wiele takich warstw pozostaje całkowicie bezopadowych. Rodzaj chmury dostarcza więc znacznie więcej informacji o potencjalnym opadzie niż sama odmiana opacus. Dopiero połączenie obu elementów pozwala właściwie interpretować obserwowane zachmurzenie.
Kiedy z warstwy chmur mogą pojawiać się słabe lub umiarkowane opady?
Opad może rozpocząć się wtedy, gdy rozwój chmury trwa dostatecznie długo, a jej wewnętrzne warunki umożliwiają powiększanie cząstek do rozmiarów pozwalających na ich skuteczne opadanie. Ważne jest przy tym nie tylko to, ile wody lub lodu znajduje się w chmurze, lecz także w jaki sposób materiał ten jest rozmieszczony oraz jakie procesy zachodzą pomiędzy poszczególnymi cząstkami. W ciepłych chmurach złożonych głównie z kropelek ciekłej wody znaczenie ma proces zderzania i łączenia się kropli. Nie wszystkie mają jednakowy rozmiar, dlatego większe mogą opadać nieco szybciej, przechwytywać mniejsze i stopniowo zwiększać swoją masę. Jeżeli proces jest wystarczająco efektywny, część z nich może przekształcić się w krople mżawki lub deszczu. W chmurach o większej pionowej rozciągłości, których część znajduje się w temperaturze ujemnej, istotne stają się procesy lodowe. Obecność przechłodzonych kropelek i kryształków może przyspieszać powstawanie większych cząstek, które następnie opadają przez kolejne warstwy chmury. Jeżeli niżej temperatura jest dodatnia, kryształki i płatki śniegu topnieją, a opad dociera do powierzchni w postaci deszczu. Duże znaczenie ma czas. Nawet jeżeli chmura zawiera sporo wody, procesy prowadzące do wzrostu cząstek potrzebują odpowiednich warunków i dostatecznie długiego okresu działania. Warstwa szybko powstająca i równie szybko zanikająca może pozostać bezopadowa, natomiast długo utrzymujące się zachmurzenie ma więcej czasu na rozwój procesów mikrofizycznych. Istotna jest także sytuacja poniżej podstawy chmury. Opad może powstać wewnątrz warstwy, ale nie dotrzeć do powierzchni, jeżeli niżej znajduje się dostatecznie suche powietrze. Krople podczas spadania parują, a kryształki lodu mogą sublimować. Z powierzchni obserwator widzi wtedy smugi opadu zanikające pod podstawą chmury, choć przy ziemi pozostaje sucho. Jeżeli natomiast warstwa pod chmurą jest wilgotna, straty podczas opadania są mniejsze i nawet stosunkowo słabo rozwinięty opad ma większą szansę dotrzeć do powierzchni. Umiarkowane opady wymagają na ogół bardziej rozwiniętej struktury chmurowej niż pojedyncze krople mżawki czy bardzo słaby deszcz. Jeżeli rozległa warstwa systematycznie grubieje, zwiększa się jej zawartość wody i lodu, a procesy wzrostu cząstek stają się coraz wydajniejsze, natężenie opadu może stopniowo wzrastać. W takich sytuacjach trzeba jednak zwracać uwagę na ewolucję całego systemu, ponieważ wraz z jego rozwojem może zmienić się również właściwa klasyfikacja obserwowanego zachmurzenia.
Możliwość występowania deszczu lub mżawki
Rodzaj opadu związany z nieprzezroczystą warstwą zależy przede wszystkim od jej budowy oraz warunków panujących wewnątrz chmury i pod jej podstawą. W przypadku niskich chmur szczególnie charakterystyczna jest możliwość występowania mżawki, natomiast bardziej rozbudowane warstwy mogą być związane z deszczem. Mżawka składa się z bardzo drobnych kropelek, które opadają powoli i często są bardzo gęsto rozmieszczone. Może pojawiać się z niskiego Stratus, zwłaszcza gdy warstwa zawiera dużo ciekłej wody i utrzymuje się przez dłuższy czas. Przy niskiej podstawie droga kropli do powierzchni jest krótka, dzięki czemu nawet niewielkie cząstki mają możliwość dotarcia do ziemi, szczególnie gdy powietrze poniżej chmury jest wilgotne. Stratocumulus również może przynosić słaby deszcz lub mżawkę, choć wiele rozległych pokryw tego rodzaju nie daje żadnego mierzalnego opadu. W obrębie jednej warstwy sytuacja może być zróżnicowana, ponieważ grubsze i bardziej rozwinięte elementy mogą wytwarzać opad, podczas gdy cieńsze pozostają bezopadowe. W przypadku Altocumulus droga pomiędzy podstawą chmury a powierzchnią jest większa, dlatego słabe opady mają więcej czasu na wyparowanie. Zdarza się wówczas, że pod chmurą widoczne są smugi opadowe, które nie osiągają powierzchni. Jeżeli jednak niższe warstwy atmosfery są dostatecznie wilgotne, część opadu może przetrwać drogę do ziemi. Altostratus opacus może być związany z deszczem, szczególnie gdy stanowi część rozległego, pogłębiającego się systemu zachmurzenia. W miarę wzrostu pionowej rozciągłości oraz intensyfikacji procesów mikrofizycznych opad może stawać się coraz bardziej ciągły. Jeżeli jednak system rozwinie się w typową grubą warstwę odpowiedzialną za długotrwałe opady, właściwe rozpoznanie rodzaju chmury staje się szczególnie ważne, ponieważ może być już obecny Nimbostratus. Nie należy więc przypisywać Opacus jednego charakterystycznego rodzaju opadu. Mżawka, słaby deszcz, lokalne opady z poszczególnych elementów, smugi opadowe zanikające przed powierzchnią, a także całkowity brak opadów są możliwe w zależności od rodzaju i stanu obserwowanej chmury.
Dlaczego intensywność i rodzaj opadu zależą od budowy oraz grubości chmury?
Chmura jest środowiskiem, w którym cząstki wody i lodu nieustannie powstają, rosną, parują, zamarzają, topnieją, zderzają się i przemieszczają wraz z ruchami powietrza. To, jaki opad ostatecznie dotrze do powierzchni, zależy od przebiegu całego zestawu tych procesów, dlatego sama nieprzezroczystość nie wystarcza do określenia jego rodzaju ani natężenia. Duże znaczenie ma pionowa grubość chmury. W bardziej rozbudowanej warstwie cząstki mogą dłużej pozostawać w środowisku nasyconym i mają większą możliwość wzrostu. Jeżeli chmura obejmuje szeroki zakres temperatur, może dodatkowo zawierać zarówno wodę ciekłą, jak i lód, co otwiera kolejne drogi prowadzące do rozwoju cząstek opadowych. Cienka geometrycznie warstwa Stratus może być całkowicie nieprzezroczysta, ale nie posiadać warunków do wytworzenia większych kropli deszczu. Może wtedy pozostawać bezopadowa albo przynosić jedynie mżawkę. Znacznie głębsza chmura może natomiast zapewniać cząstkom więcej czasu i przestrzeni na wzrost, przez co opad ma szansę stać się wyraźniejszy. Znaczenie ma również temperatura całego profilu atmosfery. Jeżeli chmura znajduje się całkowicie w temperaturze dodatniej, rozwój opadu odbywa się przede wszystkim poprzez procesy zachodzące pomiędzy kroplami ciekłej wody. Jeżeli jej górna część sięga temperatur ujemnych, w procesach mogą uczestniczyć kryształki lodu i przechłodzone krople, co znacząco zmienia sposób powstawania cząstek opadowych. Równie ważne są warunki pomiędzy podstawą chmury a powierzchnią. Nawet dobrze rozwinięty opad może zostać częściowo osłabiony podczas przechodzenia przez suchą warstwę powietrza. Przy temperaturze dodatniej krople mogą parować, natomiast cząstki lodowe mogą sublimować lub topnieć, zmieniając postać opadu przed dotarciem do ziemi. Ostatecznie nie istnieje więc prosty związek: im ciemniejsza chmura Opacus, tym silniejszy deszcz. Ciemny wygląd może wynikać z dużej grubości optycznej, położenia Słońca, obecności innych warstw chmur lub sposobu oświetlenia podstawy, podczas gdy intensywność opadu zależy od znacznie bardziej złożonych procesów zachodzących wewnątrz całej struktury. Opacus może zatem towarzyszyć zarówno niebu całkowicie bezopadowemu, jak i sytuacji, w której pojawia się mżawka lub deszcz. Dopiero rozpoznanie rodzaju chmury oraz ocena jej rozwoju pozwalają powiedzieć więcej o możliwości wystąpienia opadów.
Najważniejsze cechy Opacus
Odmiana Opacus wyróżnia się przede wszystkim nieprzezroczystością, ale jej prawidłowe rozpoznanie wymaga szerszego spojrzenia na budowę i wygląd chmury. Nie każda ciemna warstwa zachmurzenia jest Opacus, a samo określenie nie mówi jeszcze, z jakim rodzajem chmury mamy do czynienia. Znaczenie ma zarówno to, czy Słońce lub Księżyc są widoczne przez materiał chmurowy, jak i to, czy obserwowana chmura należy do jednego z rodzajów, przy których ta odmiana może występować. Opacus może pojawiać się przy chmurach o bardzo różnej strukturze. Altostratus może tworzyć niemal jednolitą zasłonę, Stratocumulus zachowuje zwykle większe, wyraźne elementy, Altocumulus może składać się z rozległych pól średnich chmur, a Stratus przyjmuje postać niskiej, zwartej warstwy. Mimo tych różnic wszystkie mogą łączyć się jedną wspólną właściwością optyczną, czyli całkowitym zasłanianiem tarczy Słońca lub Księżyca.
Nieprzezroczysta struktura
Najważniejszą cechą Opacus jest nieprzezroczystość materiału chmurowego. Oznacza to, że większa część rozległego płata, warstwy lub pola chmur jest na tyle zwarta optycznie, iż światło nie przechodzi przez nią w sposób pozwalający rozpoznać położenie Słońca lub Księżyca. Nieprzezroczystość nie oznacza całkowitego zatrzymania światła. Pod warstwą Opacus w ciągu dnia nadal może być stosunkowo jasno, ponieważ znaczna część promieniowania dociera do powierzchni po wielokrotnym rozproszeniu wewnątrz chmury. Zmienia się przede wszystkim charakter tego światła. Zamiast wyraźnej składowej bezpośredniej dominować zaczyna promieniowanie rozproszone, które dociera z wielu kierunków. Dlatego nawet bardzo jasna z pozoru warstwa może być nieprzezroczysta. Barwa chmury sama w sobie nie przesądza o klasyfikacji. Istotniejsze jest to, czy przez materiał chmurowy można wskazać położenie źródła światła. Stopień nieprzezroczystości zależy od grubości optycznej warstwy, liczby i wielkości kropelek lub kryształków oraz od ich rozmieszczenia. Jeżeli chmura zawiera odpowiednio dużo materiału chmurowego, bezpośrednie światło zostaje wielokrotnie rozproszone i silnie osłabione.
Brak widoczności Słońca lub Księżyca przez warstwę chmur
Brak widocznej tarczy Słońca lub Księżyca jest najbardziej praktyczną cechą pozwalającą rozpoznać Opacus podczas obserwacji nieba. Jeżeli jedno z tych ciał niebieskich znajduje się bezpośrednio za materiałem chmurowym, jego położenia nie powinno dać się określić. Nie chodzi wyłącznie o brak ostrego konturu. W częściowo przejrzystej chmurze Słońce może wyglądać jak rozmyta, mleczna tarcza, ale nadal jest możliwe określenie miejsca, w którym się znajduje. W Opacus taka możliwość zanika. Czasami w miejscu, gdzie znajduje się Słońce, można dostrzec delikatnie jaśniejszą część warstwy. Samo rozjaśnienie nie oznacza jednak, że tarcza jest widoczna. Jeśli obserwator nie może jednoznacznie wskazać jej położenia przez chmurę, zachowana zostaje charakterystyczna cecha opacus. W przypadku Księżyca efekt jest zwykle jeszcze wyraźniejszy, ponieważ ilość światła docierającego od jego tarczy jest znacznie mniejsza niż w przypadku Słońca. Nieprzezroczysta warstwa może więc całkowicie ukryć Księżyc, nawet jeśli pod chmurą pozostaje niewielkie rozjaśnienie nieba.
Opacus jako odmiana, a nie rodzaj chmury
Opacus nie jest samodzielnym rodzajem chmury, lecz odmianą w klasyfikacji chmur. To rozróżnienie jest kluczowe, ponieważ określenie opacus nie mówi, jaka jest podstawowa forma obserwowanej chmury. Rodzaj określa zasadniczą budowę i wygląd chmury, natomiast odmiana opisuje dodatkową cechę, w tym przypadku związaną z jej nieprzezroczystością. Dlatego prawidłowa nazwa powinna zawierać zarówno rodzaj, jak i odmianę. Można więc mówić o Altocumulus opacus, Altostratus opacus, Stratocumulus opacus albo Stratus opacus, ale samo określenie „Opacus” nie jest pełną nazwą rodzaju zachmurzenia. Ma to znaczenie również dlatego, że wiele innych chmur może być całkowicie nieprzezroczystych, ale nie są one klasyfikowane jako opacus. Cumulonimbus, Nimbostratus czy rozbudowany Cumulus mogą całkowicie zasłaniać Słońce, jednak nie otrzymują tej odmiany. Opacus należy więc rozumieć jako dodatkową informację o właściwościach chmury, a nie jako osobny typ zachmurzenia istniejący niezależnie od podstawowej klasyfikacji.
Występowanie w kilku rodzajach chmur
Odmiana Opacus może występować przy czterech rodzajach chmur: Altocumulus, Altostratus, Stratocumulus i Stratus. Dzięki temu można obserwować ją zarówno w piętrze średnim, jak i niskim. Każdy z tych rodzajów zachowuje własny wygląd i budowę. Altocumulus może tworzyć pola złożone z wielu elementów, Altostratus szeroką, bardziej jednolitą zasłonę, Stratocumulus rozległe układy dużych płatów lub wałów, a Stratus niski i zwykle dość jednolity strop. Wspólna cecha nie polega więc na podobieństwie kształtu. Łączy je zachowanie względem światła. To pokazuje, dlaczego Opacus nie powinno być utożsamiane z jednym konkretnym wyglądem nieba. Nieprzezroczysta warstwa może być niemal gładka albo wyraźnie zróżnicowana, może znajdować się nisko albo w piętrze średnim, a mimo tego zachowywać tę samą odmianę.
Zwarta i często rozległa warstwa zachmurzenia
Opacus bardzo często występuje w chmurach zajmujących znaczną część nieba. Rozległość nie jest jednak cechą przypadkową, ponieważ odmiana ta odnosi się do większej części płata, warstwy lub pola chmur, a nie do pojedynczego, niewielkiego fragmentu. Zwarte zachmurzenie może powstawać w rozległej warstwie wilgotnego powietrza, szczególnie gdy kondensacja obejmuje duży obszar. Jeżeli proces utrzymuje się przez dłuższy czas, poszczególne fragmenty chmur mogą łączyć się i tworzyć coraz bardziej ciągłą pokrywę. W Altostratus i Stratus efekt ten bywa szczególnie wyraźny, ponieważ chmury te mogą przyjmować postać szerokiej, prawie jednolitej zasłony. W Stratocumulus i Altocumulus zachmurzenie może zachować strukturę elementową, ale mimo tego być na tyle zwarte, że większość nieba pozostaje zasłonięta. Rozległość takiej warstwy wpływa również na ilość światła docierającego do powierzchni. Jeżeli chmury pokrywają całe niebo, promieniowanie nie może łatwo docierać z obszarów bezchmurnych, dlatego krajobraz może wyglądać bardziej monotonnie i ciemniej.
Szary lub ciemnoszary wygląd
Opacus często przybiera szary lub ciemnoszary wygląd, szczególnie gdy obserwator patrzy na dolną część rozległej warstwy chmur. Wynika to z ograniczonej ilości światła docierającego do podstawy oraz z jego wielokrotnego rozpraszania wewnątrz chmury. Im bardziej rozbudowana i gruba optycznie jest warstwa, tym mniejsza część promieniowania słonecznego dociera bezpośrednio do jej dolnej części. Dlatego podstawa może wyglądać znacznie ciemniej niż górna powierzchnia oświetlana przez Słońce. Kolor nie jest jednak stały. Ta sama chmura może wyglądać inaczej zależnie od pory dnia, wysokości Słońca, obecności dodatkowych warstw zachmurzenia oraz ilości światła docierającego z otoczenia. W środku dnia Opacus może być jasnoszary, natomiast rano, wieczorem lub pod wielowarstwowym zachmurzeniem jego podstawa może przyjmować wyraźnie ciemniejszy odcień. Dlatego szary kolor jest cechą charakterystyczną, ale nie powinien być traktowany jako jedyne kryterium identyfikacji.
Możliwość występowania długotrwałego zachmurzenia i opadów
Opacus może pojawiać się w sytuacjach, w których rozległa warstwa chmur utrzymuje się przez wiele godzin. Szczególnie sprzyjają temu stabilne układy atmosferyczne, rozległe obszary wysokiej wilgotności oraz powolne unoszenie powietrza. Niskie warstwy Stratus lub Stratocumulus mogą być podtrzymywane przez inwersję temperatury, która ogranicza pionowe mieszanie i utrzymuje wilgoć w dolnej troposferze. W takich warunkach szare, nieprzezroczyste niebo może utrzymywać się przez znaczną część dnia. Altostratus opacus może natomiast występować w rozległym systemie frontowym, gdzie kolejne porcje wilgotnego powietrza są stale unoszone i ochładzane. Jeżeli proces obejmuje duży obszar, warstwa może zachowywać swoją strukturę przez wiele godzin. Możliwość wystąpienia opadów zależy jednak od rodzaju i rozwoju chmury. Stratus opacus może przynosić mżawkę, Stratocumulus opacus czasami daje słabe opady, a Altostratus opacus może być częścią rozległego systemu, w którym opady stopniowo się rozwijają. Nieprzezroczystość sama w sobie nie oznacza jednak deszczu. Opacus może utrzymywać się długo także przy całkowicie suchej powierzchni. Najważniejsze jest więc rozpatrywanie wszystkich cech razem. Opacus oznacza nieprzezroczystą strukturę, brak widoczności Słońca lub Księżyca przez materiał chmurowy i występowanie przy określonych rodzajach chmur, ale jego znaczenie dla pogody zależy zawsze od szerszej sytuacji atmosferycznej.
Ciekawostki o Opacus
Choć Opacus może wydawać się stosunkowo prostą odmianą chmur, ponieważ jej podstawowym wyróżnikiem jest nieprzezroczystość, za tą cechą kryje się wiele interesujących procesów optycznych i mikrofizycznych. Szczególnie ciekawe jest to, że wygląd warstwy nie zależy wyłącznie od jej fizycznej grubości. Duże znaczenie mają również liczba i rozmiary tworzących ją cząstek, ich rozmieszczenie, faza skupienia wody, a nawet położenie źródła światła względem obserwatora. W rezultacie ta sama warstwa może w czasie swojego rozwoju wyraźnie zmieniać wygląd, stopniowo przechodząc od częściowo przejrzystej do całkowicie nieprzezroczystej albo odwrotnie.
Co oznacza łacińskie słowo „opacus”?
Nazwa opacus pochodzi z łaciny i odnosi się do czegoś zacienionego, ciemnego, pozostającego w cieniu lub nieprzepuszczającego światła. W klasyfikacji chmur znaczenie tego określenia zostało powiązane z bardzo konkretną cechą obserwacyjną: chmura jest na tyle nieprzezroczysta, że znajdujące się za nią Słońce lub Księżyc zostają całkowicie zasłonięte. Łacińskie pochodzenie nazwy nie jest przypadkowe. Międzynarodowa klasyfikacja chmur wykorzystuje nazewnictwo oparte w dużej mierze na łacinie, dzięki czemu określenia rodzajów, gatunków i odmian pozostają wspólne niezależnie od języka używanego przez obserwatora. Opacus funkcjonuje więc jako precyzyjny termin klasyfikacyjny, a nie jedynie opis wrażenia, że chmura wygląda ciemno. Warto zwrócić uwagę na różnicę pomiędzy codziennym znaczeniem słowa „nieprzezroczysty” a jego zastosowaniem podczas klasyfikowania chmur. Chmura nie musi zachowywać się jak całkowicie nieprzepuszczalna przeszkoda. Światło słoneczne nadal może przenikać przez jej wnętrze, ulegając po drodze wielokrotnemu rozproszeniu, dzięki czemu powierzchnia Ziemi pozostaje oświetlona. Nie zachowuje się ono jednak tak, aby można było zobaczyć przez warstwę wyraźną tarczę Słońca. Dlatego nazwa opacus bardzo dobrze oddaje wizualny charakter tej odmiany, ale trzeba rozumieć ją w kontekście właściwości optycznych chmury. Nie oznacza ona całkowitego odcięcia światła ani tego, że pod chmurą musi panować głęboki półmrok. Kluczowe jest wystarczająco silne osłabienie i rozproszenie bezpośredniego światła pochodzącego od Słońca lub Księżyca.
Dlaczego niebo pod taką warstwą może wydawać się wyjątkowo ciemne nawet w środku dnia?
Rozległa warstwa Opacus może bardzo wyraźnie zmienić oświetlenie powierzchni, ponieważ ogranicza ilość bezpośredniego promieniowania słonecznego. W pogodny dzień znaczna część światła dociera do obserwatora bezpośrednio ze Słońca, dzięki czemu przedmioty są intensywnie oświetlone, kolory wydają się wyraźne, a cienie mają dobrze zaznaczone granice. Po zasłonięciu Słońca przez grubą optycznie warstwę proporcje pomiędzy światłem bezpośrednim i rozproszonym ulegają dużej zmianie. Promieniowanie wchodzące do chmury napotyka ogromną liczbę kropelek wody lub kryształków lodu. Na każdej z tych cząstek może zostać rozproszone, a część promieniowania zostaje skierowana ponownie ku górze lub w bok. Tylko pewna część energii przechodzi przez całą warstwę i dociera do powierzchni. Jeżeli chmura ma dużą grubość optyczną, światło może wielokrotnie zmieniać kierunek, zanim opuści jej podstawę. W rezultacie wyraźnie zmniejsza się udział promieniowania docierającego bezpośrednio z kierunku Słońca, a oświetlenie staje się bardziej równomierne i rozproszone. Zanikają ostre cienie, kontrast krajobrazu maleje, a całe otoczenie może nabierać przygaszonego wyglądu. Efekt staje się szczególnie silny, kiedy Opacus obejmuje całe lub niemal całe niebo. Przy częściowym zachmurzeniu znaczna ilość światła może docierać z bezchmurnych fragmentów nieboskłonu, natomiast pod rozległą, ciągłą pokrywą takich możliwości jest znacznie mniej. Jeżeli dodatkowo nad obserwowaną warstwą znajdują się inne chmury, ilość promieniowania docierającego do powierzchni może zostać ograniczona jeszcze bardziej. Duże znaczenie ma również położenie Słońca. Przy niskim kącie jego wysokości promienie pokonują dłuższą drogę przez atmosferę i chmurę niż wtedy, gdy Słońce znajduje się wysoko nad horyzontem. Z tego powodu podobna warstwa może sprawiać inne wrażenie rano lub późnym popołudniem niż w godzinach okołopołudniowych. Ciemny wygląd podstawy nie oznacza przy tym, że sama chmura musi zawierać niezwykle dużą ilość wody albo że bezpośrednio zbliżają się intensywne opady. Sposób, w jaki widzimy chmurę od dołu, zależy od bilansu światła docierającego do jej podstawy i opuszczającego ją w kierunku obserwatora. Dlatego nawet bezopadowa warstwa może w sprzyjających warunkach oświetleniowych stworzyć bardzo ponury, ciemnoszary strop.
Dlaczego grubość i gęstość chmury decydują o tym, czy tarcza Słońca całkowicie znika?
O tym, czy Słońce pozostanie widoczne, nie decyduje wyłącznie geometryczna grubość chmury mierzona w metrach. Znacznie ważniejsza jest jej grubość optyczna, która opisuje, jak skutecznie cała warstwa osłabia przechodzące przez nią promieniowanie. Dwie chmury o podobnej pionowej rozciągłości mogą zachowywać się względem światła zupełnie inaczej. Jedna może zawierać stosunkowo niewiele cząstek i pozostawać częściowo przejrzysta, podczas gdy druga, bogatsza w kropelki lub kryształki, całkowicie zasłoni Słońce. Znaczenie ma więc zarówno długość drogi, którą światło musi pokonać wewnątrz chmury, jak i liczba cząstek znajdujących się na tej drodze oraz ich właściwości optyczne. Jeżeli w jednostce objętości znajduje się dużo kropelek, promień światła ma większe prawdopodobieństwo wielokrotnego oddziaływania z nimi podczas przechodzenia przez warstwę. Każde kolejne rozproszenie zmniejsza ilość promieniowania zachowującego pierwotny kierunek. W pewnym momencie bezpośrednia składowa światła staje się tak słaba, że tarcza Słońca przestaje być rozpoznawalna. Ważny jest również rozmiar cząstek. Rozkład wielkości kropelek i kryształków wpływa na sposób oddziaływania chmury z promieniowaniem, dlatego dwie warstwy zawierające podobną całkowitą ilość wody nie muszą mieć identycznych właściwości optycznych. Liczy się cała struktura mikrofizyczna chmury, a nie pojedynczy parametr. Dobrze można to zauważyć podczas stopniowego grubienia Altostratus. Początkowo Słońce może być widoczne przez warstwę jako jasna, rozmyta tarcza. W miarę zwiększania się ilości materiału chmurowego kontur staje się coraz mniej wyraźny, a kontrast pomiędzy miejscem, w którym znajduje się Słońce, i pozostałą częścią nieba maleje. Po przekroczeniu odpowiednio dużej grubości optycznej położenia tarczy nie można już rozpoznać. Podobny efekt może zachodzić w odwrotnym kierunku. Gdy warstwa zaczyna się przerzedzać, część kropelek wyparowuje albo zmniejsza się jej pionowa grubość, przez chmurę przechodzi coraz większa część bezpośredniego światła. Najpierw może pojawić się rozjaśnienie, później niewyraźny zarys tarczy, a następnie Słońce staje się coraz łatwiejsze do rozpoznania. Granica pomiędzy przejrzystą i nieprzejrzystą postacią nie wynika więc z określonej liczby metrów grubości chmury. Jest rezultatem łącznego działania jej budowy, zawartości wody i lodu oraz właściwości optycznych tworzących ją cząstek.
Czy stopień nieprzezroczystości chmury może zmieniać się wraz z jej rozwojem?
Stopień nieprzezroczystości chmury może zmieniać się bardzo wyraźnie, ponieważ zachmurzenie nie jest nieruchomą i niezmienną strukturą. W jego wnętrzu nieustannie zachodzą procesy kondensacji, parowania, zamarzania, sublimacji, mieszania oraz transportu wilgoci. Jednocześnie zmienia się grubość warstwy i rozmieszczenie tworzących ją cząstek, dlatego jej właściwości optyczne również mogą ewoluować. Jeżeli do chmury napływa wilgotne powietrze, a unoszenie i ochładzanie nadal sprzyjają kondensacji, ilość ciekłej wody lub lodu może wzrastać. Początkowo cienka warstwa staje się wtedy coraz bardziej zwarta, a ilość bezpośredniego światła przedostającego się przez nią maleje. Słońce, które wcześniej było dobrze rozpoznawalne, może stopniowo tracić wyraźny kontur, aż ostatecznie całkowicie zniknie. Zmiana może następować również wskutek zwiększenia pionowej rozciągłości zachmurzenia. Jeżeli chmura rozwija się jednocześnie na coraz większym zakresie wysokości, światło ma do pokonania dłuższą drogę w środowisku wypełnionym kropelkami lub kryształkami. Nawet bez gwałtownej zmiany wyglądu podstawy jej grubość optyczna może więc wzrastać. Proces odwrotny zachodzi podczas zaniku lub przerzedzania chmury. Napływ suchego powietrza, osiadanie prowadzące do ogrzewania, wzrost temperatury albo silniejsze mieszanie z otoczeniem mogą powodować parowanie kropelek. Zmniejsza się wówczas ilość materiału chmurowego, a warstwa zaczyna przepuszczać większą część bezpośredniego promieniowania. Zmiany nie muszą obejmować całej chmury jednocześnie. Rozległe pole Altocumulus lub Stratocumulus może mieć fragmenty o różnej grubości optycznej, dlatego podczas jego przemieszczania Słońce może być kolejno całkowicie ukrywane i odsłaniane. W jednym miejscu elementy mogą się zagęszczać, podczas gdy w innym zachodzi ich rozpad. Także pozornie jednolity Altostratus może wykazywać przestrzenne różnice grubości. Obserwator może więc zauważyć, że w jednej części nieba nie ma żadnej możliwości określenia położenia Słońca, podczas gdy po pewnym czasie przez cieńszy fragment zaczyna być widoczne jego rozmyte położenie. Ewolucja nieprzezroczystości jest dzięki temu cennym elementem obserwacji nieba. Jednorazowe spojrzenie pokazuje stan chmury w konkretnej chwili, natomiast obserwowanie zmian pozwala dostrzec, czy warstwa gęstnieje, przerzedza się, rozbudowuje czy stopniowo zanika. Opacus nie musi więc być trwałą cechą tej samej chmury przez cały okres jej istnienia, ponieważ wraz ze zmianą budowy chmury może zmieniać się również sposób, w jaki przepuszcza i rozprasza światło.
Podsumowanie
Opacus jest jedną z tych odmian chmur, które można rozpoznać przede wszystkim dzięki obserwacji sposobu, w jaki zachmurzenie oddziałuje ze światłem. Jej najbardziej charakterystyczną cechą jest nieprzezroczystość większej części rozległego płata, warstwy lub pola chmur, przez którą położenie Słońca albo Księżyca zostaje całkowicie zamaskowane. Nie oznacza to jednak, że chmura zatrzymuje całe docierające do niej światło i pod jej podstawą musi panować głęboki półmrok. Znaczna część promieniowania może nadal przenikać przez zachmurzenie w postaci światła rozproszonego, dlatego powierzchnia pozostaje oświetlona, choć światło staje się bardziej równomierne, przygaszone, a cienie tracą wyraźne granice. Najważniejsze jest prawidłowe rozumienie miejsca Opacus w klasyfikacji chmur. Nie jest to osobny rodzaj ani gatunek, lecz odmiana, która może występować przy Altocumulus, Altostratus, Stratocumulus oraz Stratus. Z tego względu samo określenie „Opacus” nie stanowi pełnej nazwy obserwowanej chmury. Najpierw należy rozpoznać jej rodzaj, a dopiero później określić dodatkową cechę nieprzezroczystości, otrzymując nazwę taką jak Altocumulus opacus, Altostratus opacus, Stratocumulus opacus czy Stratus opacus. Ma to szczególne znaczenie dlatego, że również inne chmury mogą całkowicie zasłaniać Słońce, ale nie stosuje się wobec nich tej odmiany. Powstawanie nieprzezroczystej warstwy jest wynikiem całego zespołu procesów zachodzących w wilgotnym powietrzu. Gdy powietrze unosi się i rozpręża, jego temperatura spada, a po osiągnięciu stanu nasycenia może rozpocząć się kondensacja pary wodnej na obecnych w atmosferze jądrach kondensacji. W zależności od wysokości i temperatury chmura może składać się z kropelek ciekłej wody, przechłodzonych kropelek, kryształków lodu albo mieszaniny różnych faz. Jeżeli procesy prowadzące do tworzenia i utrzymywania cząstek chmurowych obejmują odpowiednio rozległą oraz grubą warstwę atmosfery, powstające zachmurzenie może osiągnąć dużą grubość optyczną. O tym, czy chmura stanie się opacus, nie decyduje więc wyłącznie jej geometryczna grubość. Istotna jest całkowita ilość materiału chmurowego znajdującego się na drodze promieniowania, liczba i rozmiary cząstek oraz ich rozmieszczenie. Światło przechodzące przez taką strukturę wielokrotnie oddziałuje z kropelkami i kryształkami, przez co coraz mniejsza część promieniowania zachowuje pierwotny kierunek. Kiedy bezpośrednia składowa światła zostaje dostatecznie silnie osłabiona, obserwator przestaje widzieć tarczę Słońca lub Księżyca, mimo że rozproszone światło nadal wydostaje się z podstawy chmury. Opacus nie musi przy tym wyglądać zawsze tak samo. Altostratus opacus może tworzyć rozległą, szarą i stosunkowo jednolitą zasłonę, natomiast Altocumulus opacus zachowuje charakterystyczne elementy piętra średniego. Stratocumulus opacus może składać się z dużych płatów, wałów lub zaokrąglonych struktur, a Stratus opacus często przypomina niski, rozciągający się nad całym krajobrazem szary strop. Wspólnym elementem nie jest więc określony kształt chmury, lecz jej zachowanie względem światła. Również szary lub ciemnoszary kolor nie powinien być traktowany jako samodzielne kryterium rozpoznania. Wygląd podstawy zależy nie tylko od ilości wody i lodu, lecz także od warunków oświetleniowych, wysokości Słońca, obecności innych warstw zachmurzenia oraz ilości światła docierającego do dolnej części chmury. Z tego powodu Opacus może wyglądać bardzo ciemno, ale w innych warunkach przyjmować znacznie jaśniejszy, mlecznoszary odcień. O wiele bardziej miarodajna jest obserwacja tego, czy przez materiał chmurowy można rozpoznać położenie Słońca lub Księżyca. Odmiana ta może pojawiać się w bardzo różnych częściach świata i w wielu sytuacjach atmosferycznych. Sprzyjają jej rozległe warstwy wilgotnego powietrza, wielkoskalowe i łagodne unoszenie, stabilizacja dolnej troposfery przez inwersję temperatury, napływ wilgotnego powietrza nad chłodniejsze podłoże oraz obecność rozległych systemów frontowych. Szczególnie dobrze widoczny związek może występować przy frontach ciepłych, przed którymi stopniowe unoszenie wilgotnego powietrza sprzyja rozwojowi coraz grubszych warstw chmur piętra średniego. Altostratus może wówczas stopniowo zwiększać swoją grubość optyczną, aż Słońce całkowicie przestanie być przez niego widoczne. Nie oznacza to jednak, że pojawienie się Opacus pozwala jednoznacznie przewidzieć dalszy przebieg pogody. Podobnie wyglądająca nieprzezroczysta warstwa może być częścią zbliżającego się systemu frontowego, występować za frontem, rozwijać się w stabilnej i wilgotnej masie powietrza albo powstawać wskutek ochładzania powietrza nad chłodnym podłożem. Dlatego znaczenie obserwowanej chmury można właściwie ocenić dopiero po uwzględnieniu jej rodzaju, zmian zachodzących na niebie oraz szerszej sytuacji atmosferycznej. Sama obecność Opacus nie przesądza również o występowaniu opadów. Chmura może zawierać ogromną liczbę niewielkich kropelek i być całkowicie nieprzezroczysta, a mimo tego nie wytwarzać cząstek dostatecznie dużych, aby mogły dotrzeć do powierzchni. Dopiero dalszy rozwój procesów mikrofizycznych może prowadzić do powstawania mżawki lub deszczu. Możliwość i charakter opadu zależą przy tym od rodzaju chmury, jej pionowej rozciągłości, temperatury, zawartości wody i lodu oraz wilgotności powietrza znajdującego się poniżej podstawy. Opacus może również zmieniać się w czasie. Chmura nie ma stałej grubości optycznej przez cały okres swojego istnienia, ponieważ nieustannie zachodzą w niej procesy kondensacji, parowania, mieszania i transportu wilgoci. Warstwa może stopniowo gęstnieć, powodując zanik widocznej wcześniej tarczy Słońca, albo przeciwnie, przerzedzać się, aż jego położenie ponownie stanie się możliwe do rozpoznania. Obserwowanie takich zmian pozwala zauważyć, że granica pomiędzy chmurą częściowo przejrzystą a nieprzezroczystą jest rezultatem rzeczywistej ewolucji jej budowy. Opacus jest więc dobrym przykładem tego, jak pozornie prosta cecha widoczna z powierzchni może dostarczać informacji o właściwościach całej warstwy zachmurzenia. Szary strop, za którym całkowicie znika Słońce, nie jest jedynie efektem wizualnym. Jest wynikiem określonej ilości materiału chmurowego, odpowiedniej grubości optycznej oraz wielokrotnego rozpraszania promieniowania na ogromnej liczbie kropelek wody i kryształków lodu. Jednocześnie prawidłowa interpretacja takiego nieba wymaga pamiętania, że Opacus opisuje tylko jedną z cech chmury. Dopiero połączenie jej z rozpoznaniem rodzaju zachmurzenia oraz obserwacją całej sytuacji atmosferycznej pozwala zrozumieć, co rzeczywiście dzieje się nad naszymi głowami.
