[Original English below]
MÂY BÔNG CÓ ĐỈNH PHẲNG Một đám mây không bình thường trên một núi lửa ở Chile có thể cho ta biết nhiều điều về không khí xung quanh (Photo: Honza Rejmanek)
Đôi khi một đám mây cumulus có thể cho chúng ta thông tin về phần trên đỉnh của thermal như thế nào. Điều này là vì nhiều đám mây cumulus chính là một thermal đang ngưng tụ lại.
Bức ảnh trên được chụp vào buổi trưa tháng một tại sườn núi phía bắc của núi lửa Villarrica (2,487m) nằm ở đường vĩ độ Nam 40° ở Chile. Đó là mùa hè ở nam bán cầu và phần 800m phía trên đỉnh núi lửa vẫn phủ bởi băng tuyết. 600m phía dưới đó được phủ bởi đá núi lửa đen và xốp. Ở 1,400m phía dưới, chân núi lửa mở rộng và rừng xanh cùng đồng cỏ trải dài tới bờ hồ Villarrica, nằm ở độ cao 220m.
Đám mây ở sau núi
Phía trên đám mây cumulus chúng ta thấy sự khuếch tán ngược (A). Đây thực ra là khói phát ra từ miệng núi lửa. Làn khói nhẹ nhàng thoát ra từ núi lửa bán hoạt động này giống như một ống gió lớn cho ta thấy gió nam ở đỉnh núi. Gió đẩy đám mây cumulus này ra phía sau núi lửa.
Thermal của đám mây cumulus này được kích hoạt từ sườn núi đá đen phía dưới đường ranh giới tuyết (B). Vào buổi trưa mùa hè, các sườn núi phía nam này đón ánh nắng trực tiếp. Đá núi lửa đen xốp dẫn nhiệt kém và khô nhanh. Đá này sẫm màu nên chỉ số albedo thấp, do đó ít năng lượng được phản hồi lại. Chúng có thể làm nóng không khí ở trên rất nhanh, làm giảm mật độ không khí và tạo nên vùng nâng. Điều này hình thành nên thermal.
Lớp nghịch nhiệt - inversion
Ở phía chân trời thấp đằng xa ta có thể thấy một lớp sương mù biểu thị một tầng inversion (C). Vào buổi trưa ở đây sẽ có vài blue thermal ở những vùng có cây phía dưới nhưng chúng không thể tới tầng ngưng tụ được do có inversion. Do đó có thể yên tâm cho rằng đám mây cumulus trong hình là đỉnh của thermal kích hoạt từ khu vực đá núi lửa.
Lớp đá này bắt đầu ở một độ cao gần đỉnh và cao hơn một chút tầng inversion của vùng đất trũng phía dưới. Tuy nhiên, ta không thường thấy nhiều lớp inversion, hoặc ít nhất là nhiều lớp ổn định (stable), trong tầng đối lưu. Phần đỉnh bằng của đám mây cumulus cho biết phía trên nó là một lớp không khí ổn định hoặc một lớp inversion. Do đó nó bị ép phải tỏa ra các phía. Nó cũng cho biết không có gió mạnh ở phía sau núi lửa. Ở phía trên đám mây cumulus chúng ta thấy một vài gợn mây nhỏ (D), đó là phần còn lại của vùng lõi thermal.
Không khí hội tụ
Vị trí và hình dạng của đám mây cumulus này liên quan nhiều tới dòng không khí xung quanh đỉnh núi hình nón độc lập này. Như đã nói, dòng không khí di chuyển từ hướng nam. Phần lớn không khí gặp núi lửa và tán ra ở mặt đón gió sau đó hội tụ ở mặt sau nơi có đám mây cumulus. Không khí hội tụ được thổi quanh phần đá đen của núi lửa có thể giúp thermal nâng lên cao đủ để tạo thành đám mây cumulus. Thông thường đỉnh của vùng nâng sẽ nằm ở khu vực hội tụ cao hơn khu vực không khí xung quanh. Xung quanh núi lửa một vài thermal có thể tồn tại ở phía trên các sườn núi đá đen. Tuy nhiên phần lớn các thermal này khá nhỏ hẹp và sẽ lẫn vào lớp không khí ổn định ở phía trên trước khi đạt tới điểm sương và tạo thành một đám mây cumulus.
Vùng không khí tụt
Không khí vượt qua đỉnh núi lửa sẽ chìm xuống. Ở phía phủ tuyết nơi đứng chụp ảnh không khí chìm đủ để không thể cất cánh. Đây là một phần lý do vì sao đám mây tỏa ngang ra ở phía đỉnh. Không chỉ vì nó đã gặp inversion và không nâng lên được nữa, nó có thể gặp một vùng sink rộng. Trong những ngày như thế này ta cần đi xuống phía dưới vùng tuyết phủ trước khi vùng sink nhường chỗ cho các chu kỳ gió thổi lên.
Cuối cùng, đám mây cumulus trong hình khá nhỏ. Phần gợn mây cho thấy nó đang ở giai đoạn tan. Có thể là không còn một thermal đủ mạnh để tạo thành mây nữa. Ở khu vực hội tụ các thermal thường sẽ gặp nhau. Tuy nhiên thermal trong vùng hội tụ vẫn thể hiện tính chu kỳ. Một đám mây mới hình thành với một thermal mạnh trông sẽ không giống đám mây trong hình.
[Original English]
HONZA REJMANEK: WHEN CUMULUS CLOUDS LOOK ODD
Cross Country Magazine Issue 188
FLAT-TOPPED CONVERGENCE An unusual-looking cu on a volcano in Chile can tell us a lot about what’s going on in the air (Photo: Honza Rejmanek)
Sometimes a cumulus cloud can give us insight into how the upper portion of a thermal behaves. This is because many cumulus clouds are nothing more than a thermal that has reached the condensation level.
This photo was taken at noon in January on the northern slope of Volcano Villarrica (2,487m) which lies close to 40° south latitude in Chile. It is summer in the southern hemisphere and only the upper 800m of the volcano is still covered in snow and glacier. The next 600m below the snowline is covered with granular porous black volcanic rock. Below 1,400m the skirt of the volcano widens drastically and green forests and pastures descend down to the shores of Lake Villarrica, which sits at 220m.
The cloud is in the lee
Above the cumulus cloud we see what looks like a diffuse contrail (A). This is actually the smoke emanating from the volcano’s crater. The gently venting smoke of this semi-active volcano acts as a massive windsock indicating south wind at crest level. This puts the small cumulus in the lee of the volcano.
The thermal for this cumulus originated on the black rocky slopes below the snowline (B). At noon in the summer these north slopes are receiving very direct heating. Granular porous black volcanic rock is a poor heat conductor and it also dries quickly. Being dark, the rock has a low albedo so less energy is reflected back to space. It can heat the overlying air very quickly, dropping the air’s density and thus creating buoyancy. This leads to the generation of thermals.
Inversion
On the distant lower horizon we can see a haze layer indicative of an inversion (C). By noon there are likely some blue thermals in the vegetated lowlands but they are not reaching condensation level due to the inversion. It is therefore fairly safe to assume that the cumulus in this photo is the top of a thermal that has originated over the volcanic rocks.
The rocks begin at an altitude that is near the top of, or slightly above, the low land inversion. However, it is not uncommon to see multiple inversions, or at least multiple stable layers, in a sounding of the troposphere. The flat shape of the cumulus top shows that it is topping out at a very stable layer or an inversion. It is being forced to spread sideways in all directions. This is also indicative of the absence of strong wind in the lee of the volcano. Above the centre of the cumulus we see a bit of wispiness (D), revealing of the remnants of the most buoyant core.
Converging air
The location and the look of this small cumulus have a lot to do with the flow dynamics around an isolated conical mountain. As mentioned the general flow is from the south. Much of the flow encountering the volcano splits on the upwind side and converges in the lee where the cumulus cloud is located. Converging air that has blown around the dark rocky part of the volcano can help feed the thermals that reach high enough to form the cumulus. Often the top of lift in a region of convergence is higher than in the surrounding vicinity. All around the volcano some thermals are likely to exist over the black rocky slopes. However many of these thermals might be fairly narrow and will mix out in the stable overlying air before reaching dew point and forming a cumulus cloud.
Sinking air
Air that has crested the volcano crater is sinking. On the snow fields from where this photo was taken the air was sinking enough to make it impossible to launch. This can be part of the reason why the cloud is spreading horizontally at its top. Not only has it reached an inversion and lost its buoyancy, it might be reaching a level of widespread sink. On this particular day it was necessary to descend down to the snowline before sinking air gave way to upslope cycles.
Lastly, the cumulus in this photo is fairly small. The amount of wispiness shows that it is in the dissipation phase. It probably no longer has a very strong thermal feeding it. In an area of convergence thermals are generally more likely to be encountered. However, thermals within a convergence can still exhibit a cyclical nature. A freshly formed cumulus with a strong thermal feeding it would not look like the cloud in this photo.