Learn

หยาดน้ำฟ้า ไม่ได้มีแค่ฝนกับหิมะ

หยาดน้ำฟ้า (precipitation) เป็นชื่อเรียกรวมของหยดน้ำและน้ำแข็ง ที่เกิดจาการควบแน่นของ ละอองน้ำในเมฆ (cloud droplet) จนมีน้ำหนักพอที่จะตกตามแรงโน้มถ่วงของโลก โดยไม่ฟุ้งในอากาศ และไม่ระเหยไประหว่างที่กำลังตกลงมา ซึ่งโดยนิยาม หยาดน้ำฟ้าแตกต่างจากละอองน้ำในก้อนเมฆ ตรงที่หยาดน้ำมีขนาดใหญ่และมีน้ำหนักมากพอที่จะชนะแรงต้านอากาศ ดังนั้นกระบวนการเกิดหยาดน้ำฟ้าจึงซับซ้อนมากกว่าการควบแน่นที่ทำให้เกิดเมฆ และส่วนใหญ่เราจะคุ้นชินกับ ฝน (rain) หรือ หิมะ (snow) แต่ในทางอุตุนิยมวิทยา นักอุตุนิยมวิทยาจำแนกหยาดน้ำฟ้าออกเป็น 5-6 รูปแบบ ได้แก่

1) ฝนละออง

ฝนละออง (drizzle) คือ หยดน้ำขนาดเล็กกว่า 0.5 มิลลิเมตร ส่วนใหญ่เกิดจากเมฆสเตรตัส หรือเมฆที่เป็นแผ่นบาง โดยละอองฝนมักตกต่อเนื่องนานหลายชั่วโมงบนยอดเขาสูง แตกต่างจากฝนตกแบบ ฝนไล่ช้างที่จะตกอย่างหนักเป็นระยะเวลาสั้นๆ

ฝนละออง

2) ฝน

ฝน (rain) คือ หยดน้ำขนาด 0.5-5 มิลลิเมตร มักมาจาก เมฆนิมโบสเตรตัสและคิวมูโลนิมบัส ฝนเกิดจากอุณหภูมิอากาศลดถึง จุดน้ำค้าง (dew point) อากาศอิ่มตัว ควบแน่นโดยมี แกนควบแน่น (condensation nuclei) ช่วยไอน้ำเกาะเป็นหยดน้ำ เช่น ฝุ่น ควัน เกสรดอกไม้ หรืออนุภาคเกลือ ซึ่งมีขนาด 0.0002 มิลลิเมตร

โดยปกติ หยดน้ำในเมฆ (cloud droplet) ที่เกิดขึ้นครั้งแรกมีขนาดเล็กเพียง 0.02 มิลลิเมตร ซึ่งโดยทั่วหยดน้ำจะมีขนาดเท่าๆ กัน และตกลงมาอย่างช้าๆ ด้วยความเร็วเดียวกัน ดังนั้นหยดน้ำเหล่านั้นจะไม่มีโอกาสที่จะชนหรือรวมตัวกันให้มีขนาดใหญ่ขึ้นได้ และเมื่อหยดน้ำตกลงมาใต้ระดับควบแน่น หยดน้ำจะระเหยกลับเป็นไอน้ำเหมือนเดิมโดยไม่ตกถึงพื้นโลก

เวอร์กา (virga) หรือ น้ำโปรยฐานเมฆ คือ น้ำที่ตกจากเมฆ อาจเป็นหยดน้ำหรือน้ำแข็ง แต่ตกไม่ถึงพื้น เนื่องจากระเหยหมดไปก่อน

เวอร์กา (virga)

แต่ในกรณีของเมฆที่ก่อตัวในแนวตั้ง เช่น เมฆคิวมูโลนิมบัส จะมีหยดน้ำหลายขนาด หยดน้ำขนาดใหญ่จะตกลงมาด้วยความเร็วที่มากกว่าหยดน้ำขนาดเล็ก ดังนั้นหยดน้ำขนาดใหญ่จึงมีโอกาสชนและรวมตัวกับหยดน้ำขนาดเล็กที่อยู่เบื้องล่าง ทำให้เกิดการรวมตัวกันจนมีขนาดใหญ่ขึ้นกลายเป็น หยดน้ำฝน (rain droplet) ตกลงจากฐานเมฆ โดยมีขนาดประมาณ 2-5 มิลลิเมตร เรียกกระบวนการนี้ว่า กระบวนการชนและรวมตัวกัน (collision-coalescence process) ประกอบกับกระแสอากาศไหลขึ้น (updraft) ยิ่งช่วยเร่งให้อัตราการชนและรวมตัวกันของหยดน้ำรวดเร็วขึ้น

(ก) การเกิดฝนจากกระบวนการชนและรวมตัวกัน (ข) การเกิดผลึกหิมะจากกระบวนการเบอร์เจอรอน

ปัจจุบันในการตรวจวัดปริมาณน้ำฝนนิยมใช้อุปกรณ์ที่เรยกว่า มาตรวัดน้ำฝน (rain gauge) ซึ่งเป็นภาชนะทรงกระบอกเส้นผ่านศูนย์กลาง 20 เซนติเมตร ปากกระบอกมีกรวยรอรับฝนให้ตกลงสู่กระบอกตวงซึ่งอยู่ภายในซึ่งมีเส้นผ่านศูนย์กลางขนาดเล็กกว่ากระบอกนอก 10 เท่า (เส้นผ่านศูนย์กลาง 2 เซนติเมตร) ทั้งนี้เพื่อขยายมาตราส่วนขึ้น 10 เท่า ทำให้เกิดความสะดวกในการอ่านค่าปริมาณน้ำฝนได้ละเอียดยิ่งขึ้น การวัดปริมาณน้ำฝน ใช้หน่วยวัดเป็น มิลลิเมตร เช่น ถ้าฝนตกลงมาทำให้ระดับน้ำฝนในภาชนะที่รองรับสูงขึ้น 10 มิลลิเมตร หมายความว่า ฝนตกวัดได้ 10 มิลลิเมตร

มาตรวัดน้ำฝน (rain gauge)

3) ฝนน้ำแข็ง และ 4) เกล็ดน้ำฝน

ฝนน้ำแข็ง (freezing rain) คือ น้ำฝนที่ตกลงมาแล้วกลับมาแข็งตัวอีกครั้งอย่างทันทีเพราะอากาศที่พื้นผิวเย็นมาก ส่วน เกล็ดน้ำฝน (sleet) คือ น้ำฝนที่ตกลงผ่านก้อนเมฆเย็นหรืออากาศเย็นจัดแล้วแข็งตัวเป็นเกล็ดน้ำแข็ง ซึ่งทั้งฝนน้ำแข็งและเกร็ดน้ำฝน กระบวนการเกิดจะแตกต่างกันตรงที่ช่วงอุณหภูมิตลอดระยะทางของการตกลงมาจากเมฆจนถึงพื้นดิน ดังแสดงในรูปด้านล่าง

(ซ้าย) ฝนน้ำแข็ง (ขวา) เกล็ดน้ำฝน

5) หิมะ

หิมะ (snow) คือ ผลึกน้ำแข็งขนาดประมาณ 1-20 มิลลิเมตร ซึ่งเกิดจากไอน้ำจาก น้ำเย็นยิ่งยวด ระเหิดกลับเป็นผลึกน้ำแข็งและตกลงมาในเขตที่มีอากาศหนาวเย็น เช่น ในเขตละติจูดสูง หรือบนเทือกเขาสูง โดยน้ำเย็นยิ่งยวดจะเปลี่ยนสถานะเป็นของแข็งได้ จำเป็นจะต้องอาศัย แกนน้ำแข็ง (ice nuclei) เพื่อให้ไอน้ำจับตัวเป็นผลึกน้ำแข็ง ไอน้ำระเหยจากละอองน้ำโดยรอบ แล้วระเหิดกลับรวมตัวเข้ากับผลึกน้ำแข็งอีก ทำให้ผลึกน้ำแข็งมีขนาดใหญ่ขึ้น เรียก กระบวนการเบอร์เจอรอน (Bergeron process)

หยดน้ำบริสุทธิ์ในก้อนเมฆไม่ได้แข็งตัวที่อุณหภมิ 0 องศาเซลเซียส หากแต่แข็งตัวที่อุณหภูมิประมาณ -40 องศาเซลเซียส เรียกน้ำในสถานะของเหลวที่อุณหภูมิต่ำกว่า 0 องศาเซลเซียส นี้ว่า น้ำเย็นยิ่งยวด (supercooled water)

 เมื่อผลึกน้ำแข็งมีขนาดใหญ่และมีน้ำหนักมากพอที่จะชนะแรงพยุง จะตกลงมาด้วยแรงโน้มถ่วงของโลก และปะทะกับหยดน้ำเย็นยิ่งยวดซึ่งอยู่ด้านล่าง ทำให้เกิดการเยือกแข็งและรวมตัวให้ผลึกมีขนาดใหญ่ยิ่งขึ้นไปอีก นอกจากนั้นผลึกอาจจะปะทะกันเอง จนทำให้เกิดผลึกขนาดใหญ่ที่เรียกว่า เกล็ดหิมะ (Snow flake) ตกลงมาถึงพื้น

6) ลูกเห็บ (hail)

ลูกเห็บ (hail) คือ เป็นก้อนน้ำแข็งขนาดใหญ่กว่า 5 เซนติเมตร เกิดขึ้นจากกระแสในอากาศไหลขึ้น (updraft) และไหลลง (downdraft) ภายในเมฆคิวมูโลนิมบัส พัดให้ผลึกน้ำแข็งปะทะกับน้ำเย็นยิ่งยวด กลายเป็นก้อนน้ำแข็งห่อหุ้มกันเป็นชั้นๆ จนมีขนาดใหญ่ และตกลงมา พร้อมฝน

ลูกเห็บ เปรียบเทียบกับ บลูเบอร์รี่
Share: