قطرات ابر به دو روش به وجود می آیند، بزرگ می شوند و به صورت قطرات باران می بارند.

این دو روش عبارتند از: فرآیند برگرون (Bergeron) و فرآیند به هم پیوستگی برخوردی.

به هم پیوستگی برخوردی

به هم پیوستگی برخوردی توصیف می کند که چگونه باران در «ابرهای گرم» شکل می گیرد – ابرهای گرم ابرهایی هستند که در زیر سطوح منجمد کننده جو جاگیر شده اند.

در داخل این ابرها قطرات نسبتاً بزرگ ابر مایع به دلیل حضور هسته های متراکمی مثل نمک دریا شکل می گیرند. این قطرات بزرگ شده، با سرعت نسبتاً زیاد در میان ابر سقوط می کنند و با قطرات کوچکتر و کندتر برخورد می کنند. وقتی که این اتفاق رخ می دهد، قطرات ریز به هم ملحق می شوند و بزرگتر می شوند. سپس این قطره بزرگتر حتی سریعتر سقوط می کند و بیشتر همسایگانی که آهسته حرکت می کنند را نیز با خود همراه می کنند.

این چرخه ادامه می یابد و ادامه می یابد تا زمانی که تقریبا یک میلیون یا بیشتر از ۱ میلیون قطره ریز ابر با هم جمع می شود. در این موقع، قطره به اندازه کافی بزرگ شده تا از ابر خارج شود و سفرش به روی زمین را بدون تبخیر انجام دهد و به سطح زمین برسد.

فرایند باران سرد یا برگرون

به هم پیوستگی برخوردی تنها روش ساخت باران نیست. فرایند برگرون توضیح می دهد که چگونه باران در بخش های بالایی و سرد ابرها تولید می شود. یعنی جایی که در آن دما به میزان زیادی زیر نقطه انجماد است.

بیشتر بارانی که از فرایند برگرون حاصل می شود، به صورت دانه های برف شروع می شود (از این رو است که گاهی اوقات باران سرد نامیده می شود.)

این فرایند از نام یک هواشناس سوئدی به نام تور برگرون (Tor Bergeron) گرفته شده و توضیح می دهد که چگونه قطرات آب فوق العاده سرد با بلورهای یخ اثر متقابل دارند به نحوی که برف دانه ها رشد کنند. اما آب چگونه می تواند در دمای زیر نقطه انجماد مایع باقی بماند و به صورت باران ببارد؟

برخلاف آن چه به نظر می رسد، زمانی که آب خالص در داخل هوا معلق است، درواقع در دمای ۰ درجه سانتیگراد منجمد نمی شود. (این آب منجمد نمی شود تا زمانی که درجه حرارت تقریباً به ۴۰- درجه کاهش پیدا کند)

به ابر مان برگردیم … این ابر حاوی بلورهای یخی است که به وسیله هزاران قطره مایع احاطه شده اند. بلورهای یخ در مقایسه با آن چه به صورت تصعید از دست می دهند بیشتر مولکول آب جذب می کنند. همچنین هنگامی که قطرات مایع تبخیر می شوند، بلورهای یخ با کمک بخار آب رشد می کنند.

با ادامه این چرخه، بلورهای برف تولید می شوند که به اندازه کافی بزرگند که ببارند. همانطور که بلورها از میان ابر سقوط می کنند، با قطره های ابری برخورد می کنند که آنها هم روی این قطرات منجمد می شوند و در نتیجه قطرات باز هم بزرگ می شوند. یک واکنش زنجیره ای رخ می دهد و بلورهای برف زیادی تولید می شود. اینها خیلی زود به هم توده می شوند تا جرم های بزرگتری که به نام برف شناخته می شوند را ایجاد کنند!

اگر دما در سراسر ابر و پایین آن زیر نقطه انجماد باقی بماند، این برف ریزه ها منجمد باقی خواهند می مانند و به صورت برف می بارند. اما اگر دما در سطوح پایین داخل ابر به بالای نقطه انجماد صعود کند، یا اگر یک لایه عمیق با دمای بالای نقطه انجماد در پایین به سوی سطح وجود داشته باشد، برف دانه ها ذوب می شوند و به صورت باران می بارند.

بارش بیشتر به وسیله فرآیند برگرون شکل می گیرد تا به شکل به هم پیوستگی برخوردی.  

چرا همه ابرها باران نمی سازند؟

ما فهمیدیم که چگونه زمانی که قطرات ریز ابرها به یکدیگر ضربه می زنند و بزرگ تر می شوند، قطرات باران تشکیل می شوند.

اما اگر همه ابرها حاوی آبند، پس چرا برخی از ابرها باران و برف تولید می کنند و بقیه نه؟

بله، همه ابرها از قطرات بسیار ریز آب ساخته شده اند اما این قطرات به دلیل اندازه کوچکشان، مدت کوتاهی پس از افتادن از ابر به داخل هوای نسبتاً خشک زیر آن تبخیر می شوند. برای این که یک قطره ابر بتواند به زمین برسد، اندازه آن باید حدود ۱ میلیون برابر شود. اما فقط در ابرها مشخصی این اتفاق می افتد.

 برای این که فرآیند برگرون کار کند، لازم  است که یک ابر هم حاوی قطرات آب مایع و هم بلورهای یخ باشد. هر دوی اینها با هم فقط در داخل ابرهایی که درجه حرارت بین ۱۰- و ۲۰- درجه سانتیگراد دارند وجود دارند.

به همین ترتیب، فرآیند به هم پیوستگی برخوردی تنها زمانی می تواند کار کند که ابرها حاوی قطرات مایعی باشند که اندازه شان به طور متوسط بزرگتر از ۰.۰۲ میلیمتر است. از آنجایی که همه ابرها چنین نیستند، همه شان هم قادر به تولید بارش با به هم پیوستگی برخوردی نیستند.

ابرهایی که کم عمق یا باریکند برای به هم پیوستگی  برخوردی مناسب نیستند، زیرا فاصله کافی وجود ندارد تا قطره های باران با بقیه قطره ها برخورد کنند و به اندازه کافی رشد کنند تا از درون ابر سقوط کنند. ابرها با عمق عمودی زیاد بهتر باران تولید می کنند.

کدام ابرها ابرهای بارانی هستند؟

حالا که می دانیم همه ابرها بارش به وجود نمی آورند بیایید به انواع ابرهایی که به عنوان باران ساز شناخته می شوند نگاهی بیندازیم.

⇐ ابرهای فراز پوشَنی یا آلتواستراتوس به این شناخته می شوند که بارش بسیار سبکی تولید می کنند.

⇐ ابر پوشَنی یا استراتوس نم نم باران یا باران ریز تولید می کند.

⇐ ابرهای باراپوشنی یا نیمبو استراتوس یکی از تولید کنندگان اصلی بارندگی هستند.

⇐ ابرهای کومه‌ای ‌بارا یا کومولونیمبوس بارش های سنگین همراه با رعد و برق ایجاد می کنند.

پس به طور خلاصه تمام ابرها از قطرات بسیار ریز آب ساخته شده اند اما این قطرات به خاطر اندازه کوچکشان، مدت کوتاهی پس از افتادن از ابر به داخل هوای نسبتا خشک زیر آن تبخیر می شوند. قطره در سفر به زمین می تواند حدود ۱ میلیون برابر رشد کند اما این اتفاق فقط در برخی از ابرها رخ می دهد.

در فرایند برگرون، یک ابر لازم است هم قطرات آب مایع و هم کریستال های یخ داشته باشد. هر دوی اینها با هم فقط در ابرهایی با درجه حرارت بین ۱۰- و ۲۰- درجه سانتیگراد وجود دارند.