5. Kihtsajupilved – Nimbostratus

 

II klass: keskmised pilved (mõnikord käsitletakse alumiste pilvede klassis)
5. Kihtsajupilvede (Nimbostratus) tähtsaimad tunnused: kogu taevast kattev läbipaistmatu pilvekiht, millest tuleb laussademeid.
Kihtsajupilvedega kaasnevad nähtused: laussademed (lausvihm, lauslörts või lauslumi, harva jäävihm või jäätuv vihm)
Kihtsajupilvede seos ilmamuutustega: need on sajuse ilma pilved, mis on tavaliselt järgnevuse kulminatsiooniks ega näita seda, mis saab edasi.


Kihtsajupilved tüüpiliste halva ilma hatak- ehk räbalpilvedega soojal frondil 7.7.2009 Laitses. 

Kuigi välimuselt ühtlane ja igav, on siiski tegu üpris põneva ja sademete seisukohalt äärmiselt olulise pilveliigiga. Kihtsajupilvedega on seotud väärarvamusi, mida selgitan tagapool, ka on nendest heade fotode leidmine on väga keerukas.
Kihtsajupilved on hall või tumehall, mõnikord sinaka või isegi kollaka varjundiga pilvemass. Pilvekiht on väga ulatuslik ja mitme kilomeetri paksune. Kihtsajupilvede alumine piir asub 1,5–3 km kõrgusel aluspinnast, kuid tõenäoliselt on võimalik hatakpilvedega sulandumine.
Kihtsajupilved on tüüpilised sajupilved, mis olenevalt aastaajast ja temperatuurist toovad endaga kaasa lausvihma, lauslund või lauslörtsi. Laussaju intensiivsus võib sujuvalt varieeruda ja sadu võib ajutiselt isegi lakata. Järsud muutused saju intensiivsuses, samuti äike viitavad konvektiivsele komponendile ja seega maskeeritud rünksajupilvedele.
Kihtsajupilved on vähemalt parasvöötmes sageli frontaalsed pilved. Need võivad tekkida nii soojal, oklusiooni- kui ka külmal frondil. Harvem juhtub meie kliimavöötmes seda, et kihtsajupilved moodustuvad rünksajupilvede laialivalgumise ja tranformeerumise tagajärjel. Troopikas on see tavalisem, eriti troopilistes tsüklonites.
Mainida tuleb ka kihtsajupilvede kohta levinud väärarvamusi: tihti arvatakse, nagu oleksid kihtsajupilved iseloomulikud just keskmistele laiuskraadidele. Tegelikult on kihtsajupilved troopikaski üpris tavalised, eriti seoses konvektiivsüsteemide ja orkaanidega. Samuti on kihtsajupilved väga tavalised oklusioonifrontidel ja tekkida võivad ka külmadel frontidel, kuigi enamasti mainitakse neid seoses sooja frondiga. Ja lõpuks, kihtsajupilved on mitme kilomeetri paksune pilvekiht, mitte aga nii õhuke, nagu eeskätt skeemidel võib näha, vt näiteks: http://www.free-online-private-pilot-ground-school.com/images/cloud-types.gif. Märkimisväärseid sademeid saavad anda ainult väga paksud ja massiivsed pilved.
Mõnikord toovad kihtsajupilved omapärase laussajuliigi – jäävihma. Seda sajab siis, kui pilvede ja aluspinna vahel on soe, üle 0 ˚C temperatuuriga õhukiht, kus lumi või lörts sulab, kuid aluspinna lähedal on külm, alla 0 ˚C temperatuuriga õhukiht, kus tekkinud vihm hakkab uuesti külmuma. Seetõttu sajab jäävihma puhul läbisegi tavalisi vihmapiisku koos jääterakestega, mille sees võib olla külmumata vett. Jäävihm sajab iseloomuliku sahinaga, kuula. Tavaliselt moodustub maapinnale ja esemetele, mille temperatuur on alla null kraadi, ülilibe jääkiht. Kui see tekib maapinnal, siis nimetatakse seda kiilasjääks, kui esemetele, siis jäiteks. Jäävihma sajab tavaliselt kevadel ja sügisel, harvemini talvel, ja tavaliselt enne sula, seega seoses saabuva sooja frondiga, kuid seda on ette tulnud ka seoses külma frondiga.
Jäävihmale sarnane võib-olla allajahtunud ehk jäätuv vihm. Sel juhul ei ole vihmatilkadel jääkesta ümber, vaid tegu on igati tavalise vihmaga, ainult et seda sajab miinuskraadide juures. Allajahtunud vihm moodustab samuti jäidet ja kiilasjääd. Oluline on ehk märkida seda, et sageli räägitakse, et sajab jäidet, kuid see on vale. Tegelikult on jäävihm ja allajahtunud vihm SADEMED, aga jäide ja kiilasjää selle tagajärjel tekkinud jääkiht vastavalt esemetel/puudel jms ja maapinnal, nagu eespool öeldud.
Merike Merilaini täiendus: "Ilma samaaegne külmenemine meil tuleb lugeda kagutuule süüks, see tõi inversioonikihi alla külma õhu Valgevene kohalt. Huvitav nähtus see inversioon, sest alles mõni päev eelnevalt oli jäävihma põhjuseks samuti ulatuslik inversioonikiht natuke väiksema õhutemperatuuri vahega ja lausa klassikalise näitena, vt. http://en.wikipedia.org/wiki/File:Ice_Storm_Chart.svg." (7.2.2014, http://ilm.ee/?512042)

 
Väga suurejooneline ja pea kogu Eestit haaranud allajahtunud ja jäävihma juhtum oli 2.2.2014. Vasakul on näha jäävihma langemas kihtsajupilvedest (kl 16.30 Meriväljal; hatakpilvi pole, sest aluspinna lähedal oli väga kuiv õhumass), paremal sajualad ja õhutemperatuur kl 17.30 (allikas: http://testbed.fmi.fi/).

 
2.2.2014 ilmakaart (allikas: http://ilmatieteenlaitos.fi/saa-ulkomailla), kust näeb, et Lõuna-Venemaa ja Kasahstani kohale on taandunud väga külm antitsüklon, mille kauges lääneservas kandus tugeva lõunavooluga Vahemerelt soe õhumass Läänemere äärde. Samal ajal püsis aluspinna lähedal kagutuule toimel külm ja kuiv kontinentaalse polaarne õhumass. Juba 1. veebruari õhtul saabus piirkihi kohal sula ja mitmel pool läks lumi üle allajahtunud ja jäävihmaks, kuid tugevam vihmasadu oli just 2. veebruaril ja väga suurel maa-alal. Õhutemperatuur oli saju ajal -3...-5˚C.
Paremal on näha prognoos temperatuuri kohta atmosfääri vertikaalses läbilõikes (allikas:
https://twitter.com/VSIA_LVGMC/status/429953942122807296/photo/1), kus rohelisega on kujutatud õhutemperatuur üle 0˚C ja punasega üle +2˚C. Selline soe õhumass paiknes umbes 1-2 km kõrgusel aluspinnast ja seal sulas pilvedes tekkinud lumi vihmaks, kuid seejärel sattus see langemisel alla 0˚C õhukihti, kus vihm hakkas jäätuma.

 
Allajahtunud (jäätuva) ja jäävihma tõttu tekkinud jäide Vabaduse väljakul 2.2.2014 õhtul, kuid paremal on toodud atmosfääri läbilõige, kus on näha väga tugevat inversiooni (allikas: http://www.emhi.ee/index.php?ide=19,394,416,422&diagramm=1).

Kuna kihtsajupilvedest sajab pidevalt või väikeste vaheaegadega, siis õhk tavaliselt küllastub veeaurust ja seetõttu tekivad väiksemagi õhu tõusu tagajärjel kiiresti liikuvad ja madalad hatak- ehk rebenenud (räbal-) pilved (Stratus fractus, Fractonimbus), kuid mitte alati, vt näiteks allolevaid fotosid. Saju jätkudes, (sooja) frondi lähenedes ja niiskuse suurenedes need pilvetükid ühinevad ning nende alumine piir võib laskuda kuni aluspinnani ja tekkida udu. See toimub tavaliselt sooja frondi kohale jõudes. Siis lakkab laussadu ja külmal ajal võib minna sulaks, sest kohale on jõudnud soe õhumass. Suvel võivad mõne aja pärast madalad pilved hajuda ja ilm soojaks minna – eriti siis, kui saabunud soe õhumass on kuivavõitu või jõuab kohale hommikul, sest päevane päike soojendab siis õhku üsna palju ja suhteline õhuniiskus väheneb, mis samuti aitab madalate pilvede hajumisele kaasa. Meeles peab pidama, et kirjeldatud stsenaarium on ainult üks võimalikest. Sulale võib minna ja udu tekkida ka pärast sooja tüüpi oklusioonifronti.
Hatakpilved ei pruugi aga tingimata olla kihtsajupilvede kaaslasteks. Nende puudumine on tõenäolisem lõunatsüklonitega seotud kihtsajupilvedega, mille puhul on hästi arenenud ülemine, jääkristallidest ja jääkristallide-veepiisakeste segust koosnev osa. Samal ajal on pilve alumine piir üsna kõrgel, nii juhtus näiteks 1. veebruaril 2010, kui lõunatsüklon liikus üle Eesti kagust loodesse, pakkudes lumetuisku. Hatakpilvedeta kihtsajupilvi võis näha veel ka näiteks 30. aprillil 2010 Tallinnas ja 11. juunil 2012 Tõraveres.

 
Vasakul: lausvihm ja kihtsajupilved 30.42010 Tallinnas. Siin ei ole muidu tüüpilisi hatakpilvi!
Paremal: 11.6.2012 liikus üle Eesti lõunatsüklon. Tõraveres oli lausvihm pildistamise ajal tugev ja juba paar tundi kestnud, kuid ühtegi hatakpilve ei tekkinud. Pilvede alumine piir püsis 2300 m kõrgusel. Alles hiljem, saju nõrgenedes, tekkisid hatakpilved ja sellega seoses madaldus ka pilvede alumine piir.


Tugev lauslumi (lumeraju) ülipaksudest kihtsajupilvedest 25.2.2012 Laagris

Suurem osa kihtsajupilvedest koosneb veepiisakestest ja laskuvatest jääkristallidest või lumehelvestest, mis võivad suvelgi jõuda pilvekihi alumistesse osadesse, kui õhumass on väga jahe. Pilvede ülemine osa võib koosneda allajahtunud veepiisakestest ja ka ainult jääkristallidest, viimane juhul, kui kiud- ja kiudkihtpilved sulanduvad kihtsajupilvedega. Pilve suur vertikaalne ulatus koos selles asuvate allajahtunud veepiisakeste ja laskuvate jääkristallidega muudabki pilve sajurohkeks, sest segapilvedes toimub jääkristalli- ehk Bergeron-Findeiseni protsess.
Bergeron-Findeiseni
[1] protsess põhineb asjaolul, et jää kohal on tasakaaluline veeauru rõhk väiksem kui samal temperatuuril vedela vee kohal. Seega, kui pilvedes on korraga nii veepiisakesi kui ka jääkristalle, liiguvad veemolekulid veepiisakestest jääkristallidele ehk viimased kasvavad esimeste arvelt. Moodustuvad lumehelbed, mis hakkavad raskusjõu mõjul laskuma. Suvisel ajal sulavad need vihmapiiskadeks, kuid külmal ajal, kui kogu õhumassis on temperatuur madalam kui 0 ˚C, jõuavad lumena aluspinnani ehk sajab lund.
Seega saab keskmistel ja suurtel laiustel enamik sademetest alguse lumena. Sobivaim veepiisakeste ja jääkristallide suhe pilvedes, et need korralikke sademeid annaksid, on umbes 1:100000 (märgatavad sademed on võimalikud vahemikus 1:1000–1:1000000) veepiisakeste kasuks ja temperatuur –15...–20 ˚C.

Kihtsajupilvi paigutatakse nii madalate kui ka keskmiste pilvede hulka. Arvestades, et selle liigi raskuskese asub siiski keskmise kihi pilvede kõrgusel ja aluski võib olla kõrgemal kui 2 km, võiks kihtsajupilvi eelistatult liigitada keskmise kihi pilvede hulka. Mõnikord asub kihtsajupilve alus ka madalamal kui 2 km. NB! Hatakpilved asuvad mõnekümne kuni mõnesaja meetri kõrgusel, kuid kihtsajupilve alus asub nendest kõrgemal! Sooja frondi saabudes on siiski võimalik, et kihtsajupilvede alumine piir pole omavahel liitunud hatakpilvede ülemisest piirist hästi eristatav või toimub pilvekihtide sulandumine.


[1] Tuntud veel kui Bergeroni, jääkristalli- või külmade pilvede protsess. Üks tänapäevase sademeteteooria alusepanija on ka Wegener, keda vahel samuti mainitakse seoses jääkristalliprotsessiga. Soojades pilvedes, mille temperatuur on üle 0 ˚C, toimub soojade pilvede protsess, mis seisneb pilvepiisakeste liitumises kokkupõrgete tagajärjel ja koalestsentsi (nn kokkukleepumise) tõttu. Koalestsentsi tagajärjel tekib rünksajupilvedes ka ebakorrapärase kujuga hiidrahe. Soojade pilvede protsess toimub peamiselt kihtpilvedes, millest sajab uduvihma. Huvitav erand on järveefektiga seotud kihtpilved, millest võib sadada intensiivset lund, kusjuures lumi langeb sageli suurte räitsakatena.


Ehkki kihtsajupilvede puhul räägitakse rohkem küll nõrgast ja mõõdukas sajust, võivad need pilved vahel ka lausa rajuvihma kaasa tuua. See suurepärane eksemplar tõi 23.6.2012 koguni üle 40 mm sademeid. Kui foto asemel oleks video, näeksime ka tüüpilisi hatakpilvi, mis saju lõppedes ilmusid. Tegu oli transformeeruva lõunatsükloniga.