Wszystko, co widzimy powyżej sześciu kilometrów, jest zrobione z lodu — i dlatego wygląda jak pociągnięcia pędzla, a nie jak wata.
Na wysokości sześciu kilometrów temperatura wynosi zwykle około minus trzydziestu stopni, na dziesięciu — minus pięćdziesięciu. W takich warunkach woda ciekła praktycznie nie ma szans: wszystko, co się tam skropli, natychmiast zamarza albo od razu osadza się jako lód.
To jedna decyzja fizyczna, z której wynika cały wygląd tego piętra, i warto ją prześledzić do końca.
Kryształ lodu jest większy i cięższy od kropelki. Kropelka chmurowa ma dwadzieścia mikrometrów i opada centymetr na sekundę; kryształ bywa dziesięć razy większy i opada wyraźnie szybciej — kilkadziesiąt centymetrów na sekundę. Zdąża więc przelecieć w dół zauważalny dystans, zanim wyparuje.
Kryształów jest mało. Wysoko jest bardzo sucho — powietrze w tej temperaturze może pomieścić bardzo niewiele pary. Dlatego chmury wysokie są rzadkie i przezroczyste: przez Cirrusa widać niebo, a przez Cirrostratusa da się patrzeć na Słońce.
Kryształy nie sklejają się jak kropelki. Nie łączą się w większe bryły, tylko opadają pojedynczo. Efekt jest smugowy, pierzasty, włóknisty — a nie kłębiasty i puszysty.
Stąd nazwa całej rodziny: cirrus to po łacinie kosmyk włosów. I stąd też cecha, która przyda się nam w Rozdziale 20: skoro te chmury są z sześciokątnych kryształów lodu, to działają jak miliony maleńkich pryzmatów: światło w lodzie idzie wolniej, bo fala kołysze elektronami cząsteczek wody (to właśnie mierzy współczynnik załamania), więc na ściankach skręca, a sam lód niczego ze światła widzialnego nie pochłania (Rozdział 3, Dodatek C). Halo pojawia się wyłącznie na chmurach wysokich — i bywa widoczne, zanim sama chmura rzuci się w oczy.
Cirrus wygląda jak pociągnięcia pędzla, często zakrzywione na końcu w charakterystyczny haczyk. Nazywa się to uncinus, czyli „haczykowaty", i większość ludzi zakłada, że to wiatr rozciągnął chmurę.
Cirrus jest włóknisty, bo wiatr go rozciąga i rozczesuje.
Włókna to ślady opadających kryształów. Kryształy powstają na górze, opadają — i ponieważ na różnych wysokościach wiatr wieje z różną prędkością, ich ślad zostaje skośnie ścięty. Chmura nie jest rozciągana; ona sypie, a wiatr rozwiewa to, co sypie.
Wygląda jak rozczesywanie, więc naturalnie tak to czytamy. Rozróżnienie jest jednak użyteczne: gdy widzimy, w którą stronę odchylają się włókna, widzimy różnicę wiatrów między wysokościami — a to jest realna informacja meteorologiczna.
Grudka gęstszego lodu na górze włókna to głowa; opadający za nią welon to ogon. Meteorolodzy nazywają takie smugi virga — opad, który nie dociera do ziemi. Cirrus to w gruncie rzeczy virga wisząca dziesięć kilometrów nad naszą głową.
Kierunek haczyków niesie informację: włókna odchylają się w stronę, w którą wieje wiatr wolniejszy względem góry. W praktyce dla obserwatora ważniejsze jest coś prostszego — jeśli Cirrusy przesuwają się szybko i systematycznie z jednej strony, a przy tym gęstnieją, to prawdopodobnie patrzymy na czoło nadciągającego frontu.
Cirrostratus to cienki, jednolity welon lodu rozciągnięty często na całe niebo. Jest tak subtelny, że w większości przypadków po prostu go nie zauważamy — niebo wydaje się „lekko mniej niebieskie" i tyle.
Zdradza go natomiast coś innego: halo. Białe koło wokół Słońca albo Księżyca, o promieniu dwudziestu dwóch stopni, pojawia się wyłącznie wtedy, gdy między nami a Słońcem są sześciokątne kryształy lodu. Bardzo często pierwsze, co zauważamy, to halo — a dopiero potem, szukając przyczyny, dostrzegamy welon.
To czyni Cirrostratusa wyjątkowo użytecznym w praktyce: halo jest widoczną etykietą chmury, która sama jest prawie niewidoczna. A ponieważ Cirrostratus to typowo drugi etap sekwencji przedfrontowej, halo bywa czytelnym sygnałem, że pogoda się zmienia. Wrócimy do tego w Rozdziale 22, gdzie ułożymy całą sekwencję w zegar.
Drugą cechą rozpoznawczą jest brak cieni. Przez Cirrostratusa Słońce prześwieca na tyle dobrze, że przedmioty na ziemi wciąż rzucają cień — miękki, ale wyraźny. Gdy cienie znikają całkowicie, to znak, że welon zgęstniał i mamy już Altostratusa, czyli piętro niżej. O nim w następnym rozdziale.
Cirrocumulus to drobne, regularne ziarna ułożone w pola albo fale, jak łuski ryby albo baranki na wodzie. Angielskie określenie mackerel sky — niebo makrelowe — jest wyjątkowo trafne.
Jest najrzadszy z trójki i zwykle najkrócej trwa. Ziarna oznaczają, że w warstwie lodowej pojawiła się konwekcja, a to stan nietrwały — po kilkudziesięciu minutach zwykle rozmywa się w Cirrostratusa albo znika.
Rozpoznanie jest łatwe, jeśli pamiętamy o linijce z poprzedniego rozdziału: pojedyncze ziarno Cirrocumulusa jest mniejsze niż paznokieć małego palca na wyciągniętej ręce, czyli poniżej jednego stopnia. Jeśli ziarna są wielkości palca — to Altocumulus, piętro niżej. Jeśli wielkości pięści — Stratocumulus, jeszcze niżej.
Drugi test, jeszcze prostszy: Cirrocumulus nie ma cieni. Ziarna są jasne i mniej jasne, ale żadne nie jest szare od spodu — na tej wysokości chmura jest za cienka, żeby rzucać cień sama na siebie. Altocumulus cienie ma, i to wyraźne. To rozróżnienie działa nawet wtedy, gdy nie mamy jak zmierzyć kąta.
Trzy chmury wysokie, jeden silnik
Wszystkie trzy stoją na ośmiu kilometrach i są w całości z lodu. Różni je pokrycie i to, czy warstwa ma strukturę.
Ostatni przycisk jest z piętra średniego i stoi tu celowo: warto zobaczyć, o ile większe i wyraźniejsze są jego ziarna. To jest dokładnie ta różnica, którą w terenie mierzy się paznokciem i palcem.
Na tym piętrze mieszka jeszcze jedna rodzina chmur, której sto lat temu nie było: smugi kondensacyjne za samolotami. W klasyfikacji WMO mają od 2017 roku własną nazwę — homogenitus, czyli „powstałe przez człowieka".
Mechanizm jest dokładnie tym, o czym była mowa w Rozdziale 9. Spalanie paliwa lotniczego produkuje wodę — na każdy kilogram paliwa około 1,25 kilograma pary wodnej. Gorące spaliny mieszają się z powietrzem o temperaturze minus pięćdziesięciu stopni i mieszanina natychmiast schładza się poniżej punktu rosy. Woda skrapla się na cząstkach sadzy z silnika, a przy tej temperaturze od razu zamarza. Powstaje wąska chmura lodowa.
Najciekawsze jest to, że trwałość smugi jest darmowym pomiarem wilgotności na wysokości przelotowej — i każdy może go wykonać, patrząc w górę:
Smuga znika w kilka sekund — powietrze na górze jest suche. Lód wyparowuje natychmiast. Zwykle oznacza stabilną pogodę.
Smuga zostaje na kilkanaście minut i się rozszerza — powietrze jest wilgotne, blisko nasycenia względem lodu. Często poprzedza nadejście frontu.
Smugi rozlewają się i zlewają w jednolity welon — powietrze jest bardzo wilgotne. Po ruchliwym korytarzu lotniczym potrafi z tego powstać sztuczny Cirrostratus pokrywający pół nieba.
Warto powiedzieć wprost, bo temat bywa obrastany domysłami: smugi to para wodna i sadza ze spalania, dokładnie tak jak dym z komina zimą, tylko na jedenastu kilometrach i w temperaturze, w której woda od razu zamarza. Ich długość nie zależy od tego, co samolot wiezie, tylko od tego, jak wilgotne jest akurat powietrze — i dlatego dwa samoloty lecące obok siebie na różnych wysokościach potrafią zostawiać całkiem różne ślady.
↓ Dodatek P — smugi kondensacyjne: co to naprawdę jestCirrus wygląda za każdym razem inaczej i to nie jest przypadek. Kryształki lodu opadają zawsze tak samo — to wiatr na kolejnych wysokościach nadaje im kształt. Sylwetka Cirrusa jest więc czymś w rodzaju wykresu profilu wiatru, narysowanego w powietrzu.
Warto zatrzymać się przy odmianie radiatus, bo jest ładnym przykładem złudzenia, które wraca w tej książce kilka razy. Pasma wyglądają, jakby zbiegały się w jednym punkcie na horyzoncie. W rzeczywistości są równoległe — zbieżność jest wyłącznie efektem perspektywy, tym samym, przez który tory kolejowe zdają się schodzić. Rozpiętość nieba sprawia, że perspektywa działa tu równie mocno jak na ziemi, choć rzadko się o tym pamięta.
Ten sam efekt zobaczymy przy smugach słonecznych przebijających się przez chmury: promienie są równoległe, a wyglądają na rozchodzące się wachlarzem od Słońca.
Chmury wysokie mają jedną własność, której nie ma żadne inne piętro: pojawiają się na długo przed tym, co zapowiadają. Powód jest geometryczny i wart chwili uwagi, bo cała Część VI na nim stoi.
Front ciepły jest bardzo płaską pochylnią — jego czoło przy ziemi wlecze się kilkaset kilometrów za czołem na wysokości ośmiu kilometrów. Widząc Cirrus, widzimy więc szczyt tej pochylni, wysunięty daleko przed jej podstawę.
Jest tu jednak uczciwe zastrzeżenie. Ta sekwencja opisuje front ciepły, a nie każdą zmianę pogody. Front chłodny nie zapowiada się w ten sposób — potrafi przyjść w kilka godzin, poprzedzony wyłącznie rosnącymi Cumulusami. Burza z masy powietrza nie zapowiada się w ogóle: rano czyste niebo, po południu Cumulonimbus.
Skuteczność tej reguły w polskich warunkach jest więc dobra, ale nie stuprocentowa: gdy sekwencja wystąpi, deszcz przychodzi prawie zawsze; ale deszcz potrafi przyjść i bez niej. To ważna asymetria. Cirrus, którego przybywa, jest wiarygodnym ostrzeżeniem. Brak Cirrusa nie jest wiarygodnym uspokojeniem.
Smugi kondensacyjne, które długo się utrzymują, to dowód na rozpylanie czegoś w atmosferze.
Smuga utrzymuje się długo dokładnie wtedy, gdy powietrze na wysokości przelotu jest wilgotne i zimne — czyli w warunkach, w których każda chmura lodowa też by się utrzymała. Krótka smuga oznacza suche powietrze, długa oznacza wilgotne. To pomiar, nie ingerencja.
Trwałość smugi jest w istocie darmowym sondażem wilgotności na ośmiu kilometrach — i bywa użyteczna: rozlewające się smugi to ten sam sygnał co przybywający Cirrus, bo mówią o tym samym, o nadciągającej wilgoci na dużej wysokości.
Skąd bierze się siła tego przekonania, warto rozumieć. Smugi rzeczywiście wyglądają nienaturalnie: proste linie na niebie, którego nic innego nie rysuje w linie proste. Ale ich skład to lód powstały na cząstkach sadzy z silnika i na parze wodnej ze spalania paliwa — czyli dokładnie to, co ta książka opisuje pod nazwą jąder kondensacji, tylko dostarczone z silnika zamiast znad morza.
Sekwencja z poprzedniej sekcji brzmi jak zbiór reguł do zapamiętania. Wystarczy jednak narysować front z boku, żeby przestała nią być — wszystkie cztery pozycje są po prostu odczytem tego samego rysunku w różnych momentach.
Nachylenie jest tu wszystkim. Front ciepły ma około jednego kilometra wzniesienia na sto pięćdziesiąt kilometrów drogi — to pochylnia łagodniejsza niż podjazd dla wózków. Dlatego chmura, która jest na jej szczycie, wisi ponad tysiąc kilometrów przed miejscem, w którym front dotyka ziemi.
I stąd bierze się różnica z frontem chłodnym, o której będzie w Rozdziale 22. Tam nachylenie jest kilkakrotnie większe — pochylnia staje się prawie ścianą. Chmury nie wysuwają się przed front na setki kilometrów, więc ostrzeżenie kurczy się z kilkunastu godzin do kilku. Ta sama fizyka, inny kąt, zupełnie inna użyteczność prognostyczna.
Warto zapamiętać jedno zdanie z tego rozdziału, jeśli już nic innego: chmura wysoka jest jedyną, którą warto oglądać dwa razy. Sama w sobie nie znaczy nic. Zmiana jej ilości przez dwie godziny znaczy tyle, co połowa prognozy.
Smuga kondensacyjna i Cirrus są zbudowane dokładnie z tego samego: z kryształków lodu na wysokości ośmiu do dwunastu kilometrów. Różni je wyłącznie to, skąd wzięły się jądra kondensacji i para wodna — w Cirrusie z atmosfery, w smudze z silnika odrzutowego.
Skoro substancja jest ta sama, to i dalsze losy są te same. Świeża smuga to prosta linia; po godzinie rozmywa się w coś nieodróżnialnego od Cirrusa, a po kilku potrafi zlać się z sąsiednimi w warstwę wyglądającą jak Cirrostratus. Nad zachodnią Europą, gdzie ruch lotniczy jest gęsty, ten mechanizm wytwarza mierzalną ilość zachmurzenia wysokiego.
Rozróżnienie w praktyce jest więc proste. Smugę zdradza prostoliniowość i to, że da się prześledzić jej początek — jest tam samolot albo miejsce, w którym linia się zaczyna. Cirrus nigdy nie jest idealnie prosty i nie ma początku; wynurza się i znika stopniowo.
Po godzinie to rozróżnienie przestaje działać i nie ma w tym nic dziwnego — po godzinie to naprawdę jest już chmura, powstała z pary wodnej, która akurat przyleciała w silniku zamiast znad Atlantyku. Klasyfikacja WMO nazywa ją Cirrus homogenitus, czyli „powstały z powodu człowieka”, i traktuje jako pełnoprawny gatunek chmury.
Cirrus po czystym niebie to sygnał. Jeśli po dniu lub dwóch bezchmurnej pogody na zachodnim horyzoncie pojawiają się pierwsze włókna, a w ciągu kilku godzin gęstnieją i przechodzą w welon — patrzymy na czoło frontu ciepłego. Zapas czasu to zwykle kilkanaście godzin, czasem doba. Reguła nie jest pewnikiem: sprawdza się może w dwóch przypadkach na trzy, bo Cirrus bywa też resztką po odległej burzy albo zwykłym śladem wilgotnej warstwy. Ale jako darmowe ostrzeżenie jest bezkonkurencyjna.
Halo warto sprawdzać nawykowo. Zasłaniamy tarczę Słońca dłonią albo krawędzią budynku i patrzymy, czy wokół niej jest białawe koło. Zajmuje to dwie sekundy, a wyłapuje Cirrostratusa, którego inaczej byśmy nie zauważyli. Zimą działa też z Księżycem, i wtedy jest jeszcze ładniejsze.
Cirrusy są najlepszym materiałem na zachód. Wracając do Rozdziału 6: to właśnie chmury wysokiego piętra świecą najdłużej po zachodzie, bo dla nich Słońce jeszcze nie zaszło. Popołudnie z rzadkimi Cirrusami i czystym zachodnim horyzontem to najlepsza możliwa zapowiedź, że warto zostać na dworze dwadzieścia minut dłużej.
Schodzimy piętro niżej. Tam kończy się czysty lód, a zaczyna strefa mieszana — i tam też pojawia się pierwszy naprawdę użyteczny sygnał pogodowy, jaki daje niebo: moment, w którym Słońce przestaje rzucać cienie i zaczyna wyglądać jak przez matową szybę. Wtedy zostaje nam kilka godzin.