Debesų mikrostruktūra

Pagal debesų elementų fazinę sudėtį debesys skirstomi į tris klases:

          1. Vandens (lašelių) debesys sudaryti tik iš vandens lašelių. Jie egzistuoja ne tik esant teigiamai, bet ir neigiamai (-10°C ir aukštesnei) temperatūrai. Tuomet lašai būna peršaldyti. Vandens debesys savo ruožtu gali būti skirstomi į:

     a) smulkialašius (vidutinis lašo spindulys 3-5 µm, gali siekti 20 µm). Tai būdinga sluoksniniams, sluoksniniams kamuoliniams, aukštiesiems kamuoliniams bei menkai išsivysčiusiems kamuoliniams debesims;

     b) stambialašius (lašų spindulys gali siekti 40-50 µm, o kartais net 100 µm). Tai būdinga sluoksniniams lietaus, kamuoliniams lietaus bei stipriai išsivysčiusiems kamuoliniams debesims.

       2. Mišrūs debesys sudaryti iš peršaldytų lašelių ir ledo kristalų mišinio. Dažniausiai jie formuojasi kai oro temperatūra debesyje nukrinta iki -10 – -40 °C.

       3. Ledo (kristaliniai) debesys sudaryti tik iš ledo kristalų. Tokie debesys vyrauja kai oro temperatūra žemesnė nei -30° C. Ledo debesys gali būti skirstomi į:

a)         a) sudarytus iš plokštelių ar adatų formos ledo kristalų. Tai būdinga plunksniniams, plunksniniams sluoksniniams ir plunksniniams kamuoliniams debesims;

b)         b) sudarytus iš sudėtingų žvaigždės formos kristalų. Šaltuoju metų laiku tai būdinga aukštiesiems sluoksniniams ir aukštiesiems kamuoliniams bei, neretai, sluoksniniams ir sluoksniniams kamuoliniams debesims.

Šiltuoju metų laiku vandens debesys dažniausiai formuojasi apatiniuose troposferos sluoksniuose, mišrūs – viduriniuose, ledo – viršutiniuose. Šaltuoju metų laiku, kai oro temperatūra žema, mišrūs ir ledo debesys gali susidaryti ir prie pat paklotinio paviršiaus

Vandens lašelių ore temperatūrai nukritus žemiau 0 °C, pastarieji užšąla ne iš karto, kai tuo tarpu dideli vandens tūriai tokiomis pat sąlygomis užšąla gan greitai. Kristalizacija vandens lašeliuose vyksta tuo intensyviau, kuo didesnis vandens lašelis ir kuo žemesnė oro temperatūra. Todėl debesyse, sudarytuose iš smulkesnių vandens lašų, intensyvūs kristalizacijos procesai prasideda prie žemesnių temperatūrų. Kuo mažesnis vandens lašelis, tuo didesnė tikimybė, kad jis liks neužšalęs, nes mažėja molekulių, kurios gali būti kristalizacijos branduoliais, skaičius.

Lašų spindulys debesyse kinta plačiame intervale: nuo dešimtųjų dalių iki šimtų mikrometrų. Vidutinėse platumose dažniausiai debesyse vyrauja lašai, kurių spindulys nuo 3 iki 20 µm. Debesies viduje lašeliai pagal dydį pasiskirstę taip pat netolygiai. Dažniausiai vandens debesyse mažiausi lašeliai yra apatinėje debesies dalyje, šiek tiek didesni – debesies periferijoje, didžiausi – centrinėje ar viršutinėje debesies dalyje. Tirpstant kristalams bei lašams susiliejant, gali formuotis lašai, kurių spindulys 100-200 µm. Iš debesų, iškritus tokio dydžio vandens lašams, ant paklotinio paviršiaus krinta dulksna arba lietus. Kartais lietaus lašų dydis gali siekti ir kelis milimetrus (t.y. tūkstančius µm).

Debesyse lašelių skaičius kinta nuo kelių šimtų milijonų žemutinėje iki keliasdešimties milijonų lašelių 1 m³ viršutinėje troposferoje. Kristalų skaičius mažesnis – kinta nuo milijono tankiuose apatinio aukšto debesyse iki šimto tūkstančių viršutinio aukšto debesyse.

Vandens lašelių ir kristalų masė tūrio vienete vadinama debesies vandeningumu. Nors vandens lašelių skaičius yra didelis, tačiau jų masė yra labai maža. Todėl 1 m³ vandens debesies yra nuo 0,1 iki 0,7 g vandens. Tik kamuoliniuose debesyse vandeningumas didesnis ir dažniausiai kinta nuo 0,7 iki 1,8, kartais pasiekdamas ir 5 g/m³. Kristaliniuose debesyse šie skaičiai dar mažesni ir sudaro vos šimtąsias gramo dalis: dviem trečdaliais atvejų tokių debesų vandeningumas neviršija 0,05 g/m³.

Vidutinis skirtingų debesų formų vandeningumas (g/m³)

Vandeningumo pasiskirstymo profilis kamuoliniuose lietaus (Cb) (1) ir sluoksniniuose lietaus (Ns) (2) debesyse

Vandeningumo pasiskirstymas vertikalėje priklauso nuo debesies genezės. Sluoksniniuose ir sluoksniniuose kamuoliniuose debesyse vandeningumas su aukščiu didėja, bet tik tuo atveju, jei debesies storis neviršija 600-700 metrų. Aukščiau debesies vandeningumas pradeda mažėti. Todėl gerai vertikalia kryptimi išsivysčiusiuose sluoksniniuose lietaus  debesyse (jų storis gali siekti kelis kilometrus) vandeningumo maksimumas fiksuojamas apatinėje debesies dalyje. Tuo tarpu konvekciniuose vertikalios raidos debesyse (kamuoliniuose arba kamuoliniuose lietaus) maksimaliai vandeningas debesies sluoksnis dažniausiai susiformuoja netoli debesies viršūnės (vidutiniškai 0,8h lygyje, kur h - debesies storis).  

Kitas svarbus faktorius, lemiantis debesies vandeningumą, yra temperatūra. Mažėjant debesies temperatūrai, vidutinis vandeningumas irgi mažėja. Pavyzdžiui vidutinei debesies temperatūrai nukritus nuo 15 iki -5 °C, vidutinis debesies vandeningumas sumažėja 2 kartus.