גשם | מאפייני הגשם
English: Rain

מאפייני הגשם

גשם יורד גם בכוכבי לכת אחרים, והוא עשוי להיות מורכב מחומרים כמו מתאן, ניאון, חומצה גופרתית, ואפילו ברזל.[דרוש מקור]

לגשם ריח אופייני המכונה בשם פטריכור. ריח זה מקורו בחומר המופרש מצמחים בתקופות יובש ומתפזר לאוויר על ידי טיפות הגשם.

מטאורולוגיה- מחזור המים בטבע

  • שלב האידוי - שכבות האוויר הקרובות לקרקע מתמלאות אדי מים שמקורם, בין היתר, בים וביערות.
  • שלב העילוי – שכבות האוויר רוויות הלחות עולות מעלה עד שכבת האינוורסיה.
  • שלב העיבוי – כתוצאה מעליית האוויר מעלה, והתלכדות הטיפות עם גרעיני התעבות, האוויר מתקרר - דבר שגורם לעיבוי אדי המים וליצירת עננים.
  • שלב האיחוי – אוויר זז בתוך ענן וגורם לטיפות מים קטנטנות להתלכד אל טיפות אחרות עד אשר טיפות המים נעשות גדולות וכבדות מספיק כדי שיוכלו לרדת מן הענן ואז נוצר הגשם.

כדי שטיפת מים תעזוב את הענן ויתחיל לרדת גשם, הטיפה צריכה להיות בגודל מינימלי של כ-1 מ"מ. מהירות נפילת הטיפות יכולה להגיע עד ל-7.6 מטר לשנייה. בהתחלה הטיפות גדלות על ידי איסוף הלחות עד שהן מגיעות לגודל של כ-20 אלפיות המילימטר, אך אין זו הדרך היחידה שבה נוצרת הטיפה. אילו היה זה התהליך היחיד, היו עוברים ימים עד שתיווצר טיפה אחת. כאשר טיפות מזעריות נוצרות, הן מתנגשות בינן לבין עצמן בענן ויוצרות טיפה גדולה יותר. הטיפה הזו מתחילה ליפול כלפי מטה והיא "אוספת" אתה טיפות נוספות, וכך נוצרת טיפה גדולה יותר ויותר.

גודל טיפות הענן תלוי במהירות הזרמים האנכיים בענן. ככל שהזרמים מהירים יותר, כך הטיפות גדולות יותר, שכן ישנן יותר התנגשויות עם טיפות מזעריות. כשגודל טיפות המים מתגבר על עוצמת הרוחות האנכיות, הן מתחילות ליפול אל הקרקע. ענני ערימה מורידים לרוב גשמים חזקים המורכבים מטיפות בגודל של מילימטר עד חמישה מילימטרים. זאת בניגוד לגשמים חלשים, הבאים מעננים שכבתיים שגודל הטיפות בהם הוא קטן. בעננים שכבתיים הזרמים האנכיים חלשים יחסית, ולכן הטיפות קטנות ונופלות לאט.

לעיתים, טיפות גשם הנוצרות בענן אינן פוגעות בקרקע. כאשר הלחות היחסית מתחת לענן היא נמוכה, הטיפות הנוצרות ומתחילות ליפול מתאדות מיד, קצב הנפילה שלהן מואט ולבסוף הן אינן מגיעות אל הקרקע. מתחת לעננים האלה ניתן לפעמים לראות פסי גשם כהים, אשר אינם מגיעים אל הקרקע. תופעה זו נקראת "וירגה". תופעת הווירגה מתרחשת גם בענני צירוס הגבוהים: טיפות המים והקרח מתחילות ליפול, אך הן מתאדות לפני הגיען לקרקע.

בציורים רבים ניתן לראות טיפות גשם בצורת דמעה, אך בדרך כלל טיפות קטנות של גשם הן כדוריות או אליפטיות לחלוטין. טיפות גדולות יותר מקבלות צורה שטוחה יותר.

עננים חמים הם עננים שמכילים מים נוזליים בלבד, עננים קרים מכילים גם קרח. גשם נוצר על ידי שני סוגים העננים. בעננים קרים, הגשם בדרך כלל יורד כשלג ומפשיר במהלך רדתו ארצה (את תהליך היווצרות המשקעים בעננים קרים ניתן לראות בערך שלג)

את כמות הגשם שיורדת במקום מסוים מודדים באמצעות מד גשם והיא מצוינת באמצעות גובה המים שהתאספו במכל שטוח במילימטרים. את כמויות הגשם ניתן לאמוד באמצעות מכ"ם מזג אוויר. ממוצע המשקעים השנתי ביבשות הוא 715 מ"מ, אך בכל כדור הארץ הוא 990 מ"מ[1]. שיטות סיווג מערכות האקלים, כמו שיטת קפן, משתמשות בממוצע משקעים שנתי כדי להבדיל בין אזורים אקלימיים שונים.

עננים חמים (Warm clouds)

במקרה זה מצב הצבירה של המים לאורך כל התהליך הוא נוזלי, ללא קיפאון. נפוץ בעיקר באזורים טרופיים ומעל לאוקיינוסים.

  • גידול על ידי הדיפוזיה - חוק פיק: . F- שטף המסה. D – מקדם הדיפוזיה של המים, ρ– צפיפות אדי המים מסביב לטיפה הנוצרת.
  • התנגשויות בין טיפות.

אי אפשר להגיע לגשם רק על ידי התעבות. בתחילת התהליך לדיפוזיה יש חלק משמעותי בגידול הטיפה, אולם לאחר גדילתה, בגלל יחס שטח פנים לנפח, תרומתה קטנה (כך למשל, יחלפו 44 שעות עד ליצירתה של טיפה בקוטר של 0.1 מ"מ). יש צורך בהתנגשויות בין טיפות המים והתלכדות ביניהן – תהליך זה משמעותי יותר לאחר עשרות דקות. מידת ההתנגשות (Collisions and coalescence) תלויה במהירות של הטיפה. לשם כך מחשבים את הכוח שמפעילה הטיפה, לפי חוק ארכימדס. מהירות נפילת הטיפות תלויה ברדיוס, ובחלקיקים מוצקים, מהירות הנפילה תלויה בשורש הרדיוס. כאשר טיפונות המים מתחת לטיפת המים המתגבשת קטנות מדי, הן לא מתאחדות עם הטיפה אלא עוקפות עם האוויר, מחמת תנע נמוך. אם הטיפות באותו גודל, הן במהירות דומה ולכן אין התנגשות. עם עליית ערך היחס r/R יעילות ההתנגשות גוברת, עד ל-0.6. לאחר מכן, הבדלי המהירות קטנים מדי.

בעת עליית חבילת האוויר מתרחשים שני תהליכים מנוגדים. מחד, עם התקררותה, יש גידול בשיעור העל רוויה, ומאידך, תהליך ההתעבות דרך הדיפוזיה מביא להקטנה בשיעור העל רוויה.

בחלקו התחתון של הענן יש עלייה מהירה בעל רוויה עד הגעה למקסימום, עדיין בחלק התחתון של הענן. לאחר מכן יש ירידה עד התייצבות של ערך מסוים ללא תלות משמעותית בגובה.

השפעת ריכוז גרעיני התעבות

צורתן של טיפות הגשם תלויה בגודלן

מעל היבשות כמות האירוסולים גדולה משמעותית מאשר בימים ובאוקיינוסים, 300 - 500 ל-cc, לעומת 1,000 - 2,000 ל-cc. עקב הריכוז הגבוה של האירוסולים באזורים היבשתיים, נוצרות טיפות רבות, אך הן קטנות מאוד, ולכן לוקח זמן רב יותר עד שגשם יורד (תהליך ההתנגשות יעיל פחות, וזמן החיים של העננים גדול יותר), והעל רוויה נשארת זמן רב יותר. מעל האוקיינוס הטיפות גדולות יותר, וגשם מתחיל לרדת מהר יותר. מספר הטיפות אינו שווה למספר גרעיני ההתעבות. ראשית, לא כל גרעין התעבות עובר אקטיבציה, ושנית, התנגשויות בין טיפות שונות גורמות להימצאותם של מספר גרעיני על התעבות בטיפה אחת.

במהלך תהליך ההתנגשות-התלכדות בעננים ימיים, הרוויה קבועה תחילה מכיוון שיש עדיין טיפות בריכוז מספיק בענן, ואז עם הירידה בריכוז הטיפות יש "קפיצה" בעל הרוויה, כי אין טיפות שייקחו את האדים באמצעות דיפוזיה.

שבירת טיפות במהלך נפילה – כתוצאה ממערבולות וזרמי אוויר באטמוספירה, טיפות העולות בגודלן על 2 מ"מ תישברנה. הגבלה כזו אינה קיימת כשמדובר בברד. במהלך נפילתן, טיפות גשם עלולות להישבר בצורות שונות, ואז תהליך ההתאחדות מתחיל מחדש.

פיזור מרשל-פלמר

פיזור מרשל פלמר (Marshall-Palmer Distribution of Raindrop)– מתאר יחס אקספוננציאלי (בקירוב) בין קוטר הטיפה ובין מספר הטיפות ליחידות הנפח של גשם (כאשר מודדים בקרקע). יש מעט טיפות גדולות, והרבה קטנות. העקומות השונות מתארות את קצבי הגשם השונים. . משתנה עם סוג הגשם (מענן שכבתי או ערמתי) ועם עוצמת הגשם לפי הקשר כאשר R עוצמת הגשם ביחידות של mm/hr. הפרמטר אינו תלוי ברמת הגשם.

שבירה של טיפות גשם

אחד ההסברים ל-DCD, ולפיזור האקספוננציאלי, הוא שבירת הטיפות הגדולות. לרוב לא רואים טיפות הגדולות משישה מ"מ. טיפות גדולות יותר ("טיפות ענק" יכולות להגיע לגודל של יותר מ-8 מ"מ) יורדות בדרך כלל בתחילת הממטר, בריכוז נמוך, ומקורן בהפשרת ברד, גראופל ושלג. ההסתברות לשבירת טיפות ספונטנית עולה עבור טיפות הגדולות מ-3 מ"מ, מחמת זרמים פנימיים הנוצרים על ידי כוחות אווירודינמיים. טיפות שגודלן עולה על 5 מ"מ נהיות בלתי יציבות ונשברות בהכרח. הסיבה העיקרית להגבלת גודלן של הטיפות הוא שבירתן עם רדת.