Вертикальні руху повітря
Вертикальна складова швидкості руху повітря так чи інакше присутнє завжди. Взаємодія і переміщення різних обсягів повітря носить настільки складний характер, що навіть інтуїтивно зрозуміло: одного лише горизонтальній площині явно недостатньо.
Причини виникнення таких потоків (нас цікавлять, в основному, висхідні) можна розділити на п'ять основних груп:
1. Природні температурні неоднорідності земної поверхні (нерівномірне нагрівання Сонцем в денний час, нерівномірне охолодження в темний час доби, джерела тепла в земній корі, теплі течії і джерела в водоймах і ін.). Обсяг повітря, тепліший в порівнянні з навколишнім повітряною масою, виявляється більш легким і спливає вгору по закону Архімеда.
2. Вторгнення холодного атмосферного фронту в більш теплу повітряну масу. При цьому холодне повітря, будучи більш щільним, витісняє теплий вгору. Звідси - висхідний потік.
3. Відповідність (конвергенція) повітряних потоків різного масштабу (зокрема, глобальних осередків циркуляції). При взаємодії зустрічних потоків повітря витісняється вгору.
4. Циркуляція повітря в тропічних циклони. Механізм формування і підтримки цієї циркуляції поки недостатньо вивчений.
5. Джерела тепла, що виникають в екстремальних ситуаціях як природного (виверження вулканів), так і антропогенного походження (пожежі, вибухи, викиди атомних електростанцій і ін.). Це - практично те ж, що в п. 1, проте супроводжується цілою низкою специфічних особливостей.
Можливі комбінації перерахованих вище факторів (найбільш характерно поєднання п. 1 і п. 2).
Це - що стосується виникнення. Раз виникнувши, вертикальний рух повітря може розвинутися, а може, навпаки, ослабнути і зникнути. Фактори, що сприяють розвитку висхідних потоків, такі:
А. Різке падіння температури з висотою. Якщо піднімається обсяг повітря остигає повільніше, ніж навколишнє повітря, він виявляється тепліше (а, отже, легше) останнього і продовжує спливати вгору по закону Архімеда.
Фактор, згаданий в пункті Б, найбільш значущий. Саме завдяки цьому найпотужніші висхідні потоки завжди пов'язані з конвективними хмарами, але не з сухими конвективними потоками.
Обидва ці фактори обумовлені поточними параметрами атмосфери, а саме - розподілом температури і вологості з висотою. Якщо закономірності цього розподілу сприятливі для розвитку висхідних потоків, кажуть, що атмосфера конвективно нестійка. В іншому випадку (плавне падіння температури або навіть її збільшення з висотою і (або) низька вологість) атмосфера конвективно стійка. Найбільша нестійкість зазвичай спостерігається в нижньому, приземному шарі атмосфери. З висотою спостерігається тенденція до збільшення стійкості. Саме тому зростання конвективних хмар, нерозривно пов'язаних з висхідними потоками, завжди в тій чи іншій мірі обмежений по висоті.
Слід зазначити, що в деяких випадках висхідні потоки (а часто, як наслідок, і хмари) розвиваються при будь-яких параметрах атмосфери. Наприклад, при настанні холодного фронту. Це обумовлено тим, що повітря в цьому випадку постійно піддається впливу зовнішньої сили, спрямованої вгору. Для виникнення таких потоків сприятливі місцеві умови не обов'язкові. Однак в будь-якій ситуації будова атмосфери грає важливу роль.
Інакше буде виглядати картина, якщо носії заряду якогось одного знака як слід погіршити - так, щоб земне тяжіння на них діяло набагато сильніше, ніж висхідний потік. Тоді ці носії будуть прагнути вниз, несучи з собою заряд одного знака, а заряди протилежного знака будуть разом з легкими частинками переноситися висхідними потоками вгору. Ось тоді-то ми і отримаємо картину, схематично зображену на рис. 2, і сгенерируем електричне поле, достатнє для грозового розряду.
Так ось: в ролі згаданих важких носіїв виступають атмосферні опади - всім відомі дощові крапельки, градини і сніжинки. А опади утворюються виключно в хмарах, в результаті укрупнення хмарних крапельок і кристалів.
Таким чином ми маємо: осадкообразующіх хмара, що містить висхідний потік повітря. Таке хмара називається купчасто-дощових і відноситься до класу конвективних. У побуті воно іменується дилетантським терміном «хмара».