سحابة ركامية

السحب الركامية هي سحب ذات قواعد مسطحة ، وغالبًا ما توصف بأنها منتفخة أو قطنية أو رقيقة المظهر. اسمها مشتق من الكلمة اللاتينية cumulus ، والتي تعني "كومة" أو "كومة". ^{[ 1 ]} السحب الركامية هي سحب منخفضة الارتفاع، وعادةً ما يقل ارتفاعها عن 2000 متر (6600 قدم)، إلا إذا كانت من النوع العمودي المعروف باسم السحب الركامية المتجمعة (cumulus congestus ) . قد تظهر السحب الركامية منفردة، أو في خطوط، أو في مجموعات.  

غالباً ما تكون السحب الركامية مقدمة لأنواع أخرى من السحب، مثل السحب الركامية المزنية ، عند تأثرها بعوامل جوية كعدم الاستقرار والرطوبة وتدرج درجات الحرارة . عادةً، لا تُنتج السحب الركامية هطولاً يُذكر، ولكنها قد تتطور إلى سحب ركامية متراكمة أو ركامية مزنية مُحملة بالهطول. تتشكل السحب الركامية من بخار الماء ، أو قطرات الماء فائقة التبريد ، أو بلورات الجليد ، وذلك تبعاً لدرجة الحرارة المحيطة . وتأتي بأشكال فرعية عديدة ومميزة، وتُساهم عموماً في تبريد الأرض عن طريق عكس الإشعاع الشمسي الوارد .

تُعدّ السحب الركامية جزءًا من فئة أوسع من السحب الركامية ذات الحمل الحراري الحر، والتي تشمل السحب الركامية المزنية. يُصنّف هذا النوع الأخير أحيانًا بشكل منفصل تحت مسمى السحب الركامية المزنية نظرًا لبنيته الأكثر تعقيدًا التي غالبًا ما تتضمن قمة ركامية رقيقة أو سندانية . ^{[ 2 ]} كما توجد أيضًا سحب ركامية ذات حمل حراري محدود، تشمل السحب الركامية الطبقية (المرحلة المنخفضة)، والسحب الركامية المتوسطة (المرحلة المتوسطة)، والسحب الركامية الرقيقة (المرحلة العالية). ^{[ 3 ]} وتُصنّف هذه الأنواع الثلاثة الأخيرة أحيانًا بشكل منفصل تحت مسمى السحب الركامية الطبقية. ^{[ 2 ]}

تتشكل السحب الركامية بفعل الحمل الحراري في الغلاف الجوي ، حيث يبدأ الهواء الدافئ بفعل سطح الأرض بالصعود. ومع صعود الهواء، تنخفض درجة حرارته (وفقًا لمعدل التدرج الحراري )، مما يؤدي إلى ارتفاع الرطوبة النسبية. إذا بلغ الحمل الحراري مستوىً معينًا، تصل الرطوبة النسبية إلى 100%، وتبدأ مرحلة "الرطوبة الأديباتية". عند هذه النقطة، تحدث حلقة تغذية راجعة إيجابية: نظرًا لأن الرطوبة النسبية أعلى من 100%، يتكثف بخار الماء، مطلقًا حرارة كامنة ، مما يؤدي إلى تدفئة الهواء وتحفيز المزيد من الحمل الحراري.

في هذه المرحلة، يتكثف بخار الماء على نوى مختلفة موجودة في الهواء، مُشكِّلاً سحابة ركامية. وهذا ما يُعطيها شكلها المميز ذو القاعدة المسطحة والمنتفخ. ^{[ 4 ] [ 5 ]} يعتمد ارتفاع السحابة (من قاعدتها إلى قمتها) على توزيع درجة حرارة الغلاف الجوي ووجود أي طبقات انعكاس حراري . ^{[ 6 ]} أثناء الحمل الحراري، يختلط الهواء المحيط مع الهواء الصاعد ، وتزداد كتلته الإجمالية. ^{[ 7 ]} يتشكل المطر في السحابة الركامية عبر عملية تتضمن مرحلتين غير منفصلتين. تحدث المرحلة الأولى بعد أن تتجمع القطرات على النوى المختلفة. يذكر لانغمير أن التوتر السطحي في قطرات الماء يُولِّد ضغطًا أعلى قليلاً على القطرة، مما يرفع ضغط البخار بمقدار ضئيل. يؤدي ازدياد الضغط إلى تبخر تلك القطرات وتكثف بخار الماء الناتج على القطرات الأكبر حجمًا. نظراً لصغر حجم قطرات الماء المتبخرة، تصبح هذه العملية عديمة الجدوى إلى حد كبير بعد أن يصل حجم القطرات الأكبر إلى حوالي 20  إلى 30 ميكرومترًا ، وتبدأ المرحلة الثانية. ^{[ 7 ]} في مرحلة التراكم، تبدأ قطرة المطر بالسقوط، وتصطدم بها قطرات أخرى وتندمج معها لزيادة حجمها. تمكن لانغمير من وضع معادلة ^{[ ملاحظة 1 ]} تنبأت بأن نصف قطر القطرة سينمو بلا حدود خلال فترة زمنية محددة. ^{[ 8 ]} 

وُجد أن كثافة الماء السائل داخل السحابة الركامية تتغير بتغير الارتفاع فوق قاعدة السحابة، بدلاً من أن تكون ثابتة تقريبًا في جميع أنحاء السحابة. في إحدى الدراسات، وُجد أن التركيز يساوي صفرًا عند قاعدة السحابة. ومع ازدياد الارتفاع، ازداد التركيز بسرعة ليصل إلى أقصى تركيز له قرب منتصف السحابة. وبلغ أقصى تركيز 1.25  غرام من الماء لكل كيلوغرام من الهواء. ثم انخفض التركيز تدريجيًا مع ازدياد الارتفاع حتى وصل إلى قمة السحابة، حيث انخفض فورًا إلى الصفر مرة أخرى. ^{[ 9 ]}

تتشكل السحب الركامية في خطوط تمتد لأكثر من 480 كيلومترًا (300 ميل) تُعرف باسم "شوارع السحب". تغطي هذه الشوارع مساحات شاسعة، وقد تكون متقطعة أو متصلة. تتشكل عندما يتسبب قص الرياح في دوران أفقي في الغلاف الجوي، مما ينتج عنه شوارع السحب الأنبوبية الطويلة. ^{[ 10 ]} تتشكل عادةً خلال أنظمة الضغط المرتفع ، كما هو الحال بعد مرور جبهة باردة. ^{[ 11 ]} 

يعتمد ارتفاع تشكل السحابة على كمية الرطوبة في التيارات الهوائية الحرارية التي تُشكلها. يؤدي الهواء الرطب عمومًا إلى قاعدة سحابية منخفضة. في المناطق المعتدلة ، عادةً ما تكون قاعدة السحب الركامية أقل من 550 مترًا (1800 قدم) فوق مستوى سطح الأرض، ولكنها قد تصل إلى 2400 متر (7900 قدم) . أما في المناطق القاحلة والجبلية، فقد تتجاوز قاعدة السحابة 6100 متر (20000 قدم) . ^{[ 12 ]}   

يمكن أن تتكون السحب الركامية من بلورات جليدية ، أو قطرات ماء، أو قطرات ماء فائقة التبريد ، أو مزيج منها. ^{[ 1 ]}

أظهرت إحدى الدراسات أن قواعد السحب المدروسة في المناطق المعتدلة تتراوح بين 500 و1500 متر (1600 إلى 4900 قدم) فوق سطح الأرض. وكانت درجة حرارة هذه السحب عادةً أعلى من 25 درجة مئوية (77 درجة فهرنهايت) ، وتراوح تركيز القطرات فيها بين 23 و1300 قطرة لكل سنتيمتر مكعب (380 إلى 21300 قطرة لكل بوصة مكعبة) . وقد جُمعت هذه البيانات من سحب ركامية معزولة نامية غير مُهطلة. ^{[ 13 ]} وكانت القطرات صغيرة جدًا، حيث يصل قطرها إلى حوالي 5 ميكرومترات . وعلى الرغم من احتمال وجود قطرات أصغر، إلا أن القياسات لم تكن حساسة بما يكفي لرصدها. ^{[ 14 ]} وُجدت أصغر القطرات في الأجزاء السفلية من السحب، بينما ارتفعت نسبة القطرات الكبيرة (حوالي 20 إلى 30 ميكرومترًا) بشكل ملحوظ في الأجزاء العلوية من السحابة. كان توزيع حجم القطرات ثنائي النمط بشكل طفيف ، حيث ظهرت قمتان عند أحجام القطرات الصغيرة والكبيرة، مع انخفاض طفيف في نطاق الأحجام المتوسطة. وكان الانحراف محايدًا تقريبًا. ^{[ 15 ]} علاوة على ذلك، يتناسب حجم القطرات الكبيرة عكسيًا تقريبًا مع تركيز القطرات لكل وحدة حجم من الهواء. ^{[ 16 ]}      

في بعض الأماكن، قد تحتوي السحب الركامية على "ثقوب" خالية من قطرات الماء. يحدث هذا عندما تمزق الرياح السحابة وتدمج الهواء المحيط بها، أو عندما تتسبب تيارات الهواء الهابطة القوية في تبخر الماء. ^{[ 17 ] [ 18 ]}

النماذج الفرعية

تأتي السحب الركامية في أربعة أنواع مختلفة، الركام المتواضع ، المتوسط ، المزدحم ، والفركتوس . يمكن ترتيب هذه الأنواع في الصنف الركام نصف القطر ، ويمكن أن تكون مصحوبة بما يصل إلى سبع سمات تكميلية، الركام التراكمي ، المخمل ، العذراء ، التساقط ، القوس ، السبل ، والتوبا . ^{[ 19 ] [ 20 ]}

يتميز نوع السحب الركامية المتقطعة (Cumulus fractus) بمظهره غير المنتظم، ويمكن أن يتشكل في الهواء الصافي كبداية للسحب الركامية المتواضعة (Cumulus humilis) وأنواع السحب الركامية الأكبر حجمًا، أو قد يتشكل في الهطول المطري كظاهرة إضافية تُعرف باسم " السحب الركامية المتراكمة" ( pannus )، والتي قد تشمل أيضًا السحب الطبقية المتقطعة (stratus fractus) المصاحبة للطقس السيئ. ^{[ 21 ] [ 22 ]} تبدو السحب الركامية المتواضعة (Cumulus humilis) كأشكال منتفخة ومسطحة. أما السحب الركامية المتوسطة (Cumulus mediocris) فتبدو مشابهة لها، باستثناء أنها تتميز بامتداد رأسي. بينما تتميز السحب الركامية المتجمعة (Cumulus congestus) ببنية تشبه القرنبيط وترتفع عاليًا في الغلاف الجوي، ومن هنا جاء اسمها البديل "السحب الركامية الشاهقة". ^{[ 23 ]} يتشكل نوع السحب الركامية المشعة (Cumulus radiatus) في نطاقات شعاعية تُسمى "شوارع السحب"، ويمكن أن يضم أيًا من أنواع السحب الركامية الأربعة. ^{[ 24 ]}

تُلاحظ السمات الإضافية للسحب الركامية بشكل شائع مع نوع السحب الركامية المتجمعة (congestus). تُعرف السحب الركامية المتطايرة (cumulus virga) بأنها سحب ركامية تُنتج هطولًا يتبخر في طبقات الجو العليا، بينما تُنتج السحب الركامية المتساقطة (cumulus praecipitatio ) هطولًا يصل إلى سطح الأرض. ^{[ 25 ]} تتكون السحب الركامية الممزقة (cumulus pannus) من سحب ممزقة تظهر عادةً أسفل السحابة الركامية الأم أثناء الهطول. تتميز السحب الركامية المقوسة (cumulus arcus) بجبهة عاصفة ، ^{[ 26 ]} بينما تتميز السحب الركامية الأنبوبية (cumulus tuba ) بسحب قمعية أو أعاصير . ^{[ 27 ]} تشير السحب الركامية القبعة (cumulus pileus) إلى السحب الركامية التي نمت بسرعة كبيرة لدرجة أنها أجبرت على تكوين قبعة (pileus) فوق قمة السحابة. ^{[ 28 ]} تتميز السحب الركامية الحجابية (cumulus velum) بوجود حجاب من بلورات الجليد فوق قمة السحابة النامية. ^{[ 19 ]} هناك أيضًا السحب الركامية الشلالية (cumulus cataractagenitus)، والتي تتشكل بفعل الشلالات. ^{[ 29 ]}

تشير السحب الركامية المتواضعة عادةً إلى طقس معتدل. ^{[ 23 ]} تشبهها السحب الركامية المتوسطة، إلا أنها تتميز بنمو رأسي، مما يعني أنها قد تتطور إلى سحب ركامية متراكمة أو حتى سحب ركامية مزنية ، والتي قد تُنتج أمطارًا غزيرة وبرقًا ورياحًا عاتية وبردًا، وحتى أعاصير . ^{[ 4 ] [ 23 ] [ 30 ]} غالبًا ما تتطور السحب الركامية المتراكمة ، التي تظهر على شكل أبراج، إلى سحب ركامية مزنية عاصفة. وقد تُنتج هذه السحب هطولًا مطريًا. ^{[ 23 ]} يولي طيارو الطائرات الشراعية اهتمامًا كبيرًا للسحب الركامية، لأنها قد تكون مؤشرًا على تيارات هوائية صاعدة أو تيارات حرارية أسفلها، والتي قد تسحب الطائرة عاليًا في السماء - وهي ظاهرة تُعرف باسم "سحب السحب" . ^{[ 31 ]}

Due to reflectivity, clouds cool the earth by around 12 °C (22 °F), an effect largely caused by stratocumulus clouds. However, at the same time, they heat the earth by around 7 °C (13 °F) by reflecting emitted radiation, an effect largely caused by cirrus clouds. This averages out to a net loss of 5 °C (9.0 °F).^[32] Cumulus clouds, on the other hand, have a variable effect on heating the Earth's surface.^[33] The more vertical cumulus congestus species and cumulonimbus genus of clouds grow high into the atmosphere, carrying moisture with them, which can lead to the formation of cirrus clouds. The researchers speculated that this might even produce a positive feedback, where the increasing upper atmospheric moisture further warms the earth, resulting in an increasing number of cumulus congestus clouds carrying more moisture into the upper atmosphere.^[34]

Cumulus clouds are a genus of free-convective low-level cloud along with the related limited-convective cloud stratocumulus. These clouds form from ground level to 2,000 metres (6,600 ft) at all latitudes. Stratus clouds are also low-level. In the middle level are the alto- clouds, which consist of the limited-convective stratocumuliform cloud altocumulus and the stratiform cloud altostratus. Mid-level clouds form from 2,000 metres (6,600 ft) to 7,000 metres (23,000 ft) in polar areas, 7,000 metres (23,000 ft) in temperate areas, and 7,600 metres (24,900 ft) in tropical areas. The high-level cloud, cirrocumulus, is a stratocumuliform cloud of limited convection. The other clouds in this level are cirrus and cirrostratus. High clouds form 3,000 to 7,600 metres (9,800 to 24,900 ft) in high latitudes, 5,000 to 12,000 metres (16,000 to 39,000 ft) in temperate latitudes, and 6,100 to 18,000 metres (20,000 to 59,100 ft) in low, tropical latitudes.^[12] Cumulonimbus clouds, like cumulus congestus, extend vertically rather than remaining confined to one level.^[35]

Cirrocumulus clouds

تتشكل السحب الركامية الرقيقة على شكل بقع ^{[ 36 ]} ولا تُلقي بظلال. وتظهر عادةً في أنماط منتظمة متموجة ^{[ 37 ]} أو في صفوف من السحب مع وجود مناطق صافية بينها. ^{[ 38 ]} تتشكل السحب الركامية الرقيقة، مثل غيرها من السحب الركامية والطبقية الركامية، عبر عمليات الحمل الحراري . ^{[ 39 ]} يشير النمو الكبير لهذه البقع إلى عدم استقرار في طبقات الجو العليا، وقد ينذر باقتراب طقس أسوأ. ^{[ 40 ] [ 41 ]} تميل بلورات الجليد في قيعان السحب الركامية الرقيقة إلى أن تكون على شكل أسطوانات سداسية. وهي ليست صلبة، بل تميل إلى أن تكون ذات أشكال قمعية متدرجة تنطلق من الأطراف. وعند قمة السحابة، تميل هذه البلورات إلى التكتل. ^{[ 42 ]} لا تدوم هذه السحب طويلاً، وتميل إلى التحول إلى سحب رقيقة (سيروس) لأن بخار الماء، مع استمرار ترسبه على بلورات الجليد، يبدأ في النهاية بالتساقط، مما يُضعف الحمل الحراري الصاعد. ثم تتلاشى السحابة لتتحول إلى سحب رقيقة. ^{[ 43 ]} تأتي سحب السيروكومولوس في أربعة أنواع شائعة في جميع الأجناس الثلاثة ذات الخصائص الحملية المحدودة أو الطبقية الركامية: ستراتيفورميس ، ولينتيكولاريس ، وكاستيلانوس ، وفلوكوس . ^{[ 40 ]} وتكون هذه السحب متقزحة الألوان عندما تكون قطرات الماء فائقة التبريد المكونة لها متقاربة في الحجم. ^{[ 41 ]}

سحب الركام المتوسطة

تُعدّ السحب الركامية المتوسطة نوعًا من السحب متوسطة الارتفاع، تتشكل على ارتفاعات تتراوح بين 2000 متر (6600 قدم) و 4000 متر (13000 قدم) في المناطق القطبية، و 7000 متر (23000 قدم) في المناطق المعتدلة، و 7600 متر (24900 قدم) في المناطق الاستوائية. ^{[ 12 ]} قد تحمل هذه السحب هطولًا، وتتكون عادةً من مزيج من بلورات الجليد وقطرات الماء فائقة التبريد وقطرات الماء في المناطق المعتدلة. مع ذلك، يكون تركيز الماء السائل دائمًا تقريبًا أعلى بكثير من تركيز بلورات الجليد، ويميل تركيز الماء السائل إلى أن يكون أعلى تركيز له في قمة السحابة، بينما يتركز الجليد في أسفلها. ^{[ 44 ] [ 45 ]} وُجد أن بلورات الجليد في قاعدة سحب الركام المتوسطة وفي طبقة الفيرغا عبارة عن تفرعات شجرية أو تجمعات من التفرعات الشجرية، بينما تتواجد الإبر والصفائح بشكل أكبر نحو الأعلى. ^{[ 45 ]} يمكن أن تتشكل سحب الركام المتوسطة عن طريق الحمل الحراري أو عن طريق الرفع القسري الناتج عن جبهة دافئة . ^{[ 46 ]}    

سحب الستراتوكومولوس

السحابة الستراتوكومولوسية نوع آخر من السحب الستراتوكومولية. ومثل السحب الركامية، تتشكل هذه السحب على مستويات منخفضة ^{[ 38 ]} وعن طريق الحمل الحراري. إلا أنه على عكس السحب الركامية، يتباطأ نموها بشكل شبه كامل بفعل انقلاب حراري قوي . ونتيجة لذلك، تتسطح مثل السحب الستراتوسية، مما يمنحها مظهرًا طبقيًا. وتُعد هذه السحب شائعة للغاية، إذ تغطي في المتوسط ​​حوالي 23% من محيطات الأرض و12% من قاراتها. وهي أقل شيوعًا في المناطق الاستوائية، وتتشكل عادةً بعد الجبهات الباردة . إضافةً إلى ذلك، تعكس السحب الستراتوكومولوسية كمية كبيرة من ضوء الشمس الساقط، مما يُنتج تأثير تبريد صافٍ. ^{[ 47 ]} ويمكن أن تُنتج السحب الستراتوكومولوسية رذاذًا ، مما يُساهم في استقرار السحابة عن طريق تدفئتها وتقليل الاختلاط المضطرب. ^{[ 48 ]}

تم اكتشاف بعض السحب الركامية والطبقية الركامية على معظم الكواكب الأخرى في المجموعة الشمسية . على المريخ ، رصد مسبار فايكينغ الركامي والطبقي الركامي تتشكل بفعل الحمل الحراري، وخاصة بالقرب من القمم الجليدية القطبية. ^{[ 51 ]} رصد مسبار غاليليو الفضائي سحبًا ركامية ضخمة بالقرب من البقعة الحمراء العظيمة على كوكب المشتري . ^{[ 52 ]} كما تم رصد السحب الركامية على كوكب زحل . في عام 2008، حددت مركبة كاسيني الفضائية أن السحب الركامية بالقرب من القطب الجنوبي لزحل كانت جزءًا من إعصار يزيد قطره عن 4000 كيلومتر (2500 ميل) . ^{[ 53 ]} رصد مرصد كيك سحبًا ركامية بيضاء على كوكب أورانوس . ^{[ 54 ]} ومثل أورانوس، يحتوي نبتون على سحب ركامية من الميثان. ^{[ 55 ]} ومع ذلك، لا يبدو أن كوكب الزهرة يحتوي على سحب ركامية. ^{[ 56 ]} 

• قائمة أنواع السحب

• مسرد مصطلحات الأرصاد الجوية الصادر عن الجمعية الأمريكية للأرصاد الجوية