สาขาวิชาฟิสิก สิ ส์ ครุศาสตร์บัร์ณบัฑิต สาระโลก ดาราศาสตร์ อวกาศ เสถียรภาพอากาศการเกิดเมฆ ชั้นชั้มัธมัยมศึก ศึ ษาปีที่ ปี ที่ ๕ เล่ม ๔
คำ นำ หนังสืออิเล็กทรอนิกส์ (E-Book) วิชาวิทยาศาสตร์ เรื่องการเกิดเมฆเล่มนี้ จัดทำ ขึ้น เพื่อเป็นสื่อการเรียนการสอนประกอบวิชาวิทยาศาสตร์ ระดับชั้นมัธยมศึกษาปีที่ 5 เพื่ออำ นวย ความสะดวกแก่ครูผู้สอน เพื่อประโยชน์แก่นักเรียน หรือบุคคลทั่วไปที่มีความสนใจ หวังเป็น อย่างยิ่งว่า หนังสืออิเล็กทรอนิกส์ (E-Book) วิชาวิทยาศาสตร์ เรื่องการเกิด เมฆเล่มนี้จะเป็น ประโยชน์ต่อการเรียนการสอนเพื่อใช้ในการพัฒนาผู้เรียนให้มีทักษะ การคิด และส่งเสริมให้ครู จัดกิจกรรมการเรียนรู้ได้อย่างมีประสิทธิภาพ และเป็นส่วนสำ คัญในการ พัฒนาคุณ...
สารบัญ บั เนื้อหา หน้า การเกิดเมฆ 1. การยกตัวของอากาศกับการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิ 3 2. เสถียรภาพอากาศกับการยกตัวของก้อนอากาศ 7 3. กระบวนการเกิดเมฆ 14 3.1 กระบวนการเกิดเมฆก้อน การเกิดเมฆ 3.2 กระบวนการเกิดเมฆแผ่น ใบความรู้ 21 บรรณานุกรม 24
โลก ดาราศาสตร์และอวกาศ การเกิดเมฆ 1 การเกิดเมฆ (cloud formatio) เมฆบนท้องฟ้ามีรูปร่างแตกต่างกัน บางครั้งอาจพบเมฆที่มีรูปร่างเป็นก้อนกระจายอยู่เต็ม ท้องฟ้า ชวนให้จินตนาการเป็นสิ่งต่าง ๆ แต่บางครั้งก็อาจพบเมฆที่มีรูปร่างเป็นแผ่นปกคลุมท้องฟ้า เป็นบริเวณกว้าง ทำ ให้ท้องฟ้าเป็นสีเทาและอาจเกิดฝนตกพรำ ๆ สงสัยหรือไม่ว่าเมฆที่มีรูปร่างแตก ต่างกันทั้งที่เป็นก้อน และเป็นแผ่น เกิดขึ้นได้อย่างไร คำ ถามสำ คัญ เมฆที่มีรูปร่างเป็นก้อนและเป็นแผ่น มีการเกิดเหมือนหรือต่างกันอย่างไร กลไกที่ช่วยให้เกิดเมฆมีอะไรบ้าง
โลก ดาราศาสตร์และอวกาศ การเกิดเมฆ 2 จุดประสงค์การเรียนรู้ อธิบายการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิ ความกดอากาศ และความชื้นสัมพัทธ์ของก้อน อากาศ เมื่ออากาศยกตัวหรือจมตัว อธิบายความสัมพันธ์ของเสถียรภาพอากาศแบบต่าง ๆ กับการยกตัวของก้อนอากาศ อธิบายกระบวนการเกิดเมฆที่มีรูปร่างแตกต่างกัน อธิบายกลไกต่าง ๆ ที่ช่วยให้เกิดเมฆ บทนำ นำ ในบรรยากาศของโลกมีทั้งที่อยู่ในสถานะแก๊ส ของเหลว และของแข็ง ซึ่งเปลี่ยนสถานะ กลับไปมาได้ อากาศบนโลกมีไอน้ำ เป็นองค์ประกอบเสมอไม่ว่าจะเป็น บริเวณทะเลทราย แถบขั้วโลก หรือบนยอดเขาแต่มีปริมาณมากน้อยแตกต่างกันไอน้ำ ใน อากาศมีสถานะเป็นแก๊ส เมื่ออากาศยกตัวสูงขึ้น ไอน้ำ จะควบแน่นเป็นละอองน้ำ หรืออาจ แข็งตัวเป็นผลึกน้ำ แข็งขนาดเล็กเกิดเป็นเมฆ เพราะเหตุใด การยกตัวของอากาศจึงทำ ให้ เกิดเมฆ ภาพประกอบการเกิดเมฆ
โลก ดาราศาสตร์และอวกาศ การเกิดเมฆ 3 1.การยกตัวของอากาศกับการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิ บรรยากาศชั้นโทรโพสเฟียร์ เป็นชั้นบรรยากาศที่มี อุณหภูมิ และความกดอากาศลดลงตามระดับความสูงที่เพิ่ม ขึ้น ดังจะสังเกต ได้จากเหตุการณ์หลายอย่าง เช่น รู้สึกหนาว และหูอื้อ เมื่อเดินทาง ขึ้นภูเขาสูง ถุงที่ปิดสนิทขยายขนาด ขึ้นเมื่อเครื่องบินขึ้นไปอยู่ ในระดับสูง เช่นเดียวกับลูกโป่ง ดัง รูป 1 จะเห็นว่าเมื่อลูกโป่ง ลอยไปอยู่ในระดับที่สูงขึ้น ลูกโป่ง จะขยายขนาดทำ ให้มีปริมาตร เพิ่มขึ้น เพราะความกด อากาศโดยรอบต่ำ กว่าความกดอากาศ ภายในลูกโป่ง ทำ ให้ เกิดแรงดันภายในส่งผลให้ลูกโป่งขยายขนาด ใหญ่ขึ้นได้ นักเรียนคิดว่าเมื่ออากาศภายในลูกโป่งมีการเปลี่ยนแปลง ปริมาตร จะส่งผลต่ออุณหภูมิของอากาศภายในลูกโป่ง อย่างไร ศึกษาได้จากกิจกรรม 1 รูป 1. ลูกโป่งขยายใหญ่ขึ้น เมื่อลอยสูงขึ้น กิจกรรม 1 การเปลี่ยนแปลงปริมาตรของอากาศกับอุณหภูมิ จุดประสงค์กิจกรรม อธิบายผลจากการเปลี่ยนแปลงปริมาตรของอากาศต่ออุณหภูมิของอากาศใน ภาชนะบรรจุ ที่เป็นระบบปิด วัสดุ-อุปกรณ์ 1. เทอร์มอมิเตอร์แบบดิจิทัล 1 อัน 2. กระบอกฉีดยาขนาด 60 มิลลิลิตร 1 อัน 3. ดินน้ำ มัน 1 ก้อน 4. นาฬิกาจับเวลา 1 เรือน
โลก ดาราศาสตร์และอวกาศ การเกิดเมฆ 4 กิจกรรม 1 การเปลี่ยนแปลงปริมาตรของอากาศกับอุณหภูมิ วิธีการทํากิจกรรม 1. ดึงก้านกระบอกฉีดยาออกมาเล็กน้อย จากนั้นสอดเซนเซอร์ของเทอร์มอมิเตอร์ เข้าไปใน กระบอกและใช้ดินน้ำ มันอุดปลายกระบอกเพื่อไม่ให้อากาศรั่วเข้าไปด้าน ในกระบอกและ ไม่ให้เซนเซอร์สัมผัสกับกระบอกฉีดยา ดังรูป 2. วางชุดทดลองทิ้งไว้จนกระทั่งอุณหภูมิของอากาศในกระบอกฉีดยาไม่มีการ เปลี่ยนแปลง จากนั้นบันทึกอุณหภูมิของอากาศภายในกระบอกฉีดยา 3. ดึงก้านกระบอกฉีดยาออกมาจนสุดโดยไม่ให้มือสัมผัสกับกระบอกฉีดยา ดังรูป และ ค้างไว้ 10 วินาที บันทึกอุณหภูมิของอากาศภายในกระบอกฉีดยา จากนั้น ปล่อยให้ก้าน กระบอกฉีดกลับสู่ตำ แหน่งเดิม และปล่อยทิ้งไว้ 10 วินาที บันทึก อุณหภูมิของอากาศ อีกครั้ง 4. ทำ ตามข้อ 2 และข้อ 3 ซ้ำ อีก 2 ครั้ง
โลก ดาราศาสตร์และอวกาศ การเกิดเมฆ 5 กิจกรรม 1 การเปลี่ยนแปลงปริมาตรของอากาศกับอุณหภูมิ วิธีการทํากิจกรรม 5. อธิบายการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิของอากาศภายในภาชนะที่บรรจุเมื่อมีการ เปลี่ยนแปลง ปริมาตรของอากาศ 6. นำ เสนอผลการทำ กิจกรรม จากนั้นอภิปรายร่วมกันในชั้นเรียน คําถามท้ายกิจกรรม 1. หลังจากดึงก้านกระบอกฉีดยาปริมาตรของอากาศเปลี่ยนแปลงอย่างไร และส่ง ผลต่อ อุณหภูมิของอากาศภายในกระบอกฉีดยา อย่างไร 2. หลังจากปล่อยให้ก้านกระบอกฉีดยากลับสู่ตำ แหน่งเดิม ปริมาตรของอากาศ เปลี่ยนแปลง อย่างไร และส่งผลต่ออุณหภูมิของอากาศภายในกระบอกฉีดยา อย่างไร 3. การเปลี่ยนแปลงปริมาตรส่งผลต่ออุณหภูมิของอากาศหรือไม่ อย่างไร 1 การยกตัวของอากาศกับการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิ จากกิจกรรมจะเห็นว่า การเปลี่ยนแปลงปริมาตรของอากาศใน กระบอกฉีดยา ส่งผลต่อ การเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิของอากาศใน กระบอกฉีดยา แนวคิดเกี่ยวกับการเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิภายใน กระบอก ฉีดยาเทียบเคียงได้กับการเปลี่ยนแปลงที่เกิดขึ้นภายในสิ่ง สมมติ ที่เรียกว่า ก้อนอากาศ (air parcel) ซึ่งนักอุตุนิยมวิทยา กำ หนดให้ กลุ่มก้อนอากาศมีขนาดประมาณลูกบาสเก็ตบอล ห่อหุ้ม ด้วยผนัง ที่ยืดหยุ่นได้และทำ หน้าที่เป็นฉนวนกันความร้อนจึงไม่เกิด การ ถ่ายโอนความร้อนระหว่างอากาศภายในและภายนอกก้อน อากาศ โดยความกดอากาศภายในก้อนอากาศเท่ากับความกดอากาศ ภายนอกก้อนอากาศที่ระดับความสูงเดียวกันเสมอ เมื่อก้อนอากาศยกตัวสูงขึ้น ความกดอากาศโดยรอบ ก้อนอากาศจะลดลงตามลำ ดับ ทำ ให้ก้อนอากาศขยายขนาดใหญ่ขึ้น และมีปริมาตรมากขึ้นจนกระทั่งมีความกดอากาศ เท่ากับ ความกดอากาศโดยรอบที่ระดับความสูงเดียวกัน รูป 2 การเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิ ภายในก้อนอากาศที่ยกตัวและจมตัว
โลก ดาราศาสตร์และอวกาศ การเกิดเมฆ 6 ส่งผลให้อุณหภูมิภายในก้อนอากาศสูงขึ้น ดังรูป 10.2 กระบวนการเปลี่ยนแปลง อุณหภูมิและความกดอากาศภายในก้อนอากาศโดยไม่มีการถ่ายโอน ความร้อนกับบริเวณโดย รอบนี้เรียกว่า กระบวนการแอเดียแบติก (adiabatic process)การอธิบายการยกตัวของ อากาศในธรรมชาติจึงพิจารณาการรวมกันของอากาศเป็นกลุ่มก้อนคล้ายกับ ก้อนอากาศ การ ที่ก้อนอากาศเกิดการยกตัวหรือจมตัวจะเกิดการเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิและความกดอากาศ คล้ายกับกระบวนการแอเดียแบตึก ดังนั้นนักอุตุนิยมวิทยาจึงอธิบายการเปลี่ยนแปลง ของก้อน อากาศในธรรมชาติโดยใช้กระบวนการแอเดียแบตึก โดยก้อนอากาศที่ยกตัวสูงขึ้นและยังไม่เกิด การควบแน่นของไอน้ำ อุณหภูมิก้อนอากาศจะลดลงในอัตราประมาณ 10 องศาเซลเซียสต่อ กิโลเมตร ซึ่งมีค่าค่อนข้างคงที่ เรียกว่า อัตราแอเดียแบติกของอากาศแห้ง (dry adiabatic lapse-rate) เมื่ออุณหภูมิ ก้อนอากาศลดต่ำ ลงจะส่งผลให้ความชื้นสัมพัทธ์เพิ่มสูงขึ้น และเมื่อ ความชื้นสัมพัทธ์มีค่า 100 เปอร์เซ็นต์ อากาศจะอิ่มตัวไปด้วยไอน้ำ ทำ ให้เกิดการควบแน่นเป็น ละอองน้ำ พร้อมกับคายความร้อนแฝงออกมา ส่งผลให้ก้อนอากาศที่กำ ลังยกตัวขึ้นมีอุณหภูมิ ลดลงด้วยอัตราประมาณ 6 องศาเซลเซียสต่อกิโลเมตร เรียกว่า อัตราแอเดียแบติกของอากาศ อิ่มตัว (wet adiabatic lapse-rate) ดังรูป 10.3 ซึ่งอัตราดังกล่าว มีค่าไม่คงที่ขึ้นอยู่กับความ ร้อนแฝงที่คายออกมาเมื่อเกิดการควบแน่นหรือความร้อนที่ใช้ในการระเหย ของละอองนํ้า
อย่างไรก็ตาม ในธรรมชาติก้อนอากาศไม่สามารถยกตัวหรือจมตัวได้อย่างอิสระ เนื่องจาก มีความ เกี่ยวข้องกับอุณหภูมิอากาศโดยรอบซึ่งจะศึกษาในหัวข้อต่อไป โลก ดาราศาสตร์และอวกาศ การเกิดเมฆ 7 จากรูป 10.3 ในทางกลับกัน เมื่อก้อนอากาศที่อิ่มตัวไปด้วยไอน้ำ เกิดการจมตัวลง ความกดอากาศ โดยรอบก้อนอากาศที่เพิ่มขึ้นจะบีบให้ก้อนอากาศมีขนาดเล็กลง อุณหภูมิก้อน อากาศจึงเพิ่มขึ้นทำ ให้ อากาศสามารถรับไอน้ำ ได้มากขึ้น ละอองน้ำ ในอากาศจึงระเหยกลับมา เป็นไอน้ำ พร้อมกับดูดกลืน ความร้อนเพื่อใช้ในกระบวนการกลายเป็นไอ ทำ ให้อุณหภูมิก้อน อากาศเพิ่มขึ้นด้วยอัตราประมาณ 6 องศาเซลเซียสต่อกิโลเมตร ตามอัตราแอเดียแบติกของ อากาศอิ่มตัว เมื่อก้อนอากาศจมตัวถึงระดับ ความสูงที่ความชื้นสัมพัทธ์ต่ำ กว่า 100 เปอร์เซ็นต์ ละอองน้ำ ในก้อนอากาศจะระเหยกลายเป็นไอ จนหมด และเมื่อก้อนอากาศจมตัว ลงอีกความร้อนในก้อนอากาศจะไม่ถูกนำ ไปใช้ในกระบวนการกลายเป็นไอ อุณหภูมิก้อนอากาศ จึงเพิ่มขึ้นด้วยอัตราประมาณ 10 องศาเซลเซียสต่อกิโลเมตร ตามอัตราแอเดียแบตึก ของ อากาศแห้ง ตรวจสอบความเข้าใจ เมื่อก้อนอากาศลอยตัวสูงขึ้น อุณหภูมิ ความกดอากาศ และปริมาตรของก้อนอากาศ เปลี่ยนแปลงหรือไม่ อย่างไร 2 เสถียรภาพอากาศกับการยกตัวของก้อนอากาศ ถ้าก้อนอากาศก้อนหนึ่งยกตัวสูงขึ้นไปในบรรยากาศ และก้อนอากาศนี้มีอุณหภูมิต่ำ กว่า อุณหภูมิ อากาศโดยรอบ ความหนาแน่นของก้อนอากาศจะมากกว่าอากาศโดยรอบ ทำ ให้ก้อน อากาศไม่สามารถ ยกตัวต่อไปได้อีกและจมตัวลงสู่ด้านล่าง ณ ตำ แหน่งเดิมก่อนยกตัวขึ้น ดังรูป 10.4 (ก) เกิดเป็นภาวะ ยับยั้งการยกตัวของก้อนอากาศ แต่ถ้าก้อนอากาศนี้มีอุณหภูมิสูงกว่า อากาศโดยรอบ ก้อนอากาศจะมี ความหนาแน่นน้อยกว่าอากาศโดยรอบทำ ให้ก้อนอากาศนี้ยกตัว สูงขึ้นต่อไปได้ ดังรูป 10.4 (ข) เกิดเป็นภาวะส่งเสริมการยกตัวของก้อนอากาศ นักอุตุนิยมวิทยา เรียกภาวะของบรรยากาศที่ยับยั้งหรือ ส่งเสริมการยกตัวของก้อนอากาศนี้ว่า เสถียรภาพอากาศ หรือ เสถียรภาพบรรยากาศ (atmospheric stability)
โลก ดาราศาสตร์และอวกาศ การเกิดเมฆ 8 อุณหภูมิก้อนอากาศเปลี่ยนแปลงตามระดับความสูงด้วยอัตราแอเดียแบตึกของอากาศแห้ง หรือ อัตราแอเดียแบติกของอากาศอิ่มตัว ซึ่งเป็นอัตราที่เกือบคงที่และมีค่าแน่นอน แต่อุณหภูมิอากาศ โดยรอบ มีการเปลี่ยนแปลงตามระดับความสูงด้วยอัตราที่แตกต่างกันขึ้นอยู่กับช่วงเวลาและสภาพลม ฟ้าอากาศ ตัวอย่างดังรูป 10.5 นักอุตุนิยมวิทยาเรียกอัตราการเปลี่ยนแปลงนี้ว่า อัตราการเปลี่ยน อุณหภูมิตามระดับ ความสูงของบรรยากาศ (environmental lapse-rate) อัตราการเปลี่ยนอุณหภูมิตามระดับความสูงของบรรยากาศ เกี่ยวข้องกับภาวะส่งเสริมหรือ ยับยั้ง การยกตัวของก้อนอากาศอย่างไร ศึกษาได้จากกิจกรรม 10.2
โลก ดาราศาสตร์และอวกาศ การเกิดเมฆ 9 กิจกรรม 10.2 ก้อนอากาศยกตัวได้หรือไม่ จุดประสงค์กิจกรรม 1. วิเคราะห์และระบุภาวะส่งเสริมหรือภาวะยับยั้งการยกตัวของก้อนอากาศ จากข้อมูล อุณหภูมิอากาศโดยรอบที่กำ หนดให้ 2. อธิบายการยกตัวของก้อนอากาศแห้งและก้อนอากาศอิ่มตัวจากข้อมูล อุณหภูมิอากาศ โดยรอบที่กําหนดให้ วัสดุ-อุปกรณ์ 1. ชุดข้อมูลอุณหภูมิอากาศโดยรอบ 1 ชุด ทีระดับความสูงต่าง ๆ 2. กระดาษกราฟ 3 แผ่น 3. กระดาษขาว ขนาดa4 3 แผ่น 4. ปากกาสี 1 ชุด หมายเหตุ ชุดข้อมูลอุณหภูมิอากาศโดยรอบดาวน์โหลดได้จาก QR Code วิธีการทํากิจกรรม 1. เลือกชุดข้อมูลอุณหภูมิอากาศโดยรอบที่ระดับความสูงต่าง ๆ มา 1 ชุด ซึ่งประกอบด้วย ข้อมูลอุณหภูมิของอากาศโดยรอบจาก 3 บริเวณ 2. คำ นวณอุณหภูมิก้อนอากาศแห้งและก้อนอากาศอิ่มตัวที่ระดับความสูง ทุก ๆ 1 กิโลเมตรโดยกำ หนดให้อุณหภูมิก้อนอากาศ ณ บริเวณพื้นผิวโลกมีค่าเท่ากับ อุณหภูมิอากาศ โดยรอบ และก้อนอากาศแต่ละก้อนมีอัตราการเปลี่ยนอุณหภูมิตาม ระดับความสูง ดังนี้ - ก้อนอากาศแห้ง มีอุณหภูมิลดลงตามความสูงด้วยอัตรา 10 องศาเซลเซียสต่อกิโลเมตร - ก้อนอากาศอิ่มตัว มีอุณหภูมิลดลงตามความสูงด้วย อัตรา 6 องศาเซลเซียสต่อกิโลเมตร 3. จากข้อ 2 วาดรูปก้อนอากาศแห้งและก้อนอากาศอิ่มตัวขณะกำ ลังยกตัว พร้อมแสดง การเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิตามระดับความสูงของอากาศโดยรอบ ก้อน อากาศแห้ง และ ก้อนอากาศอิ่มตัว ดังรูปตัวอย่างด้านล่าง
โลก ดาราศาสตร์และอวกาศ การเกิดเมฆ 10 กิจกรรม 10.2 ก้อนอากาศยกตัวได้หรือไม่ 4. วาดกราฟแสดงการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิตามระดับความสูงของอากาศโดยรอบ ก้อนอากาศแห้ง และก้อนอากาศอิ่มตัว จากชุดข้อมูลที่กำ หนด 5. เปรียบเทียบอุณหภูมิอากาศโดยรอบกับอุณหภูมิก้อนอากาศแห้งและก้อนอากาศ อิ่มตัว จากกราฟที่ได้ 6. อธิบายลักษณะกราฟ วิเคราะห์ และระบุว่ากราฟใดที่แสดงภาวะส่งเสริมหรือ ยับยั้ง การยกตัวของก้อนอากาศแห้งและก้อนอากาศอิ่มตัว 7. อธิบายการยกตัวของก้อนอากาศแห้งและก้อนอากาศอิ่มตัวจากรูปและกราฟที่ได้ 8. นําเสนอผลการทํากิจกรรม จากนั้นอภิปรายร่วมกันในชั้นเรียน คําถามท้ายกิจกรรม 1. ในภาวะยับยั้งการยกตัวของทั้งก้อนอากาศแห้งและก้อนอากาศอิ่มตัว อุณหภูมิ อากาศ โดยรอบในแต่ละระดับความสูงมีค่าเป็นอย่างไรเมื่อเทียบกับอุณหภูมิก้อน อากาศแห้งและ อุณหภูมิก้อนอากาศอิ่มตัวที่ระดับความสูงเดียวกัน 2. ในภาวะส่งเสริมการยกตัวของทั้งก้อนอากาศแห้งและก้อนอากาศอิ่มตัว อุณหภูมิ อากาศ โดยรอบในแต่ละระดับความสูงมีค่าเป็นอย่างไรเมื่อเทียบกับอุณหภูมิก้อน อากาศแห้งและ อุณหภูมิก้อนอากาศอิ่มตัวที่ระดับความสูงเดียวกัน 3. ในภาวะส่งเสริมการยกตัวของก้อนอากาศอิ่มตัวแต่ยับยั้งการยกตัวของก้อน อากาศแห้ง อุณหภูมิอากาศโดยรอบในแต่ละระดับความสูงมีค่าเป็นอย่างไรเมื่อเทียบ กับอุณหภูมิ ก้อนอากาศแห้งและอุณหภูมิก้อนอากาศอิ่มตัวที่ระดับความสูงเดียวกัน
โลก ดาราศาสตร์และอวกาศ การเกิดเมฆ 11 รูปตัวอย่าง การเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิตามระดับความสูงของอากาศโดยรอบ ก้อนอากาศแห้ง และก้อนอากาศอิ่มตัว จากกิจกรรมจะเห็นว่า การเกิดภาวะส่งเสริมหรือยับยั้งการยกตัวของ ก้อนอากาศสามารถระบุได้โดย การเปรียบเทียบอุณหภูมิอากาศโดยรอบกับ อุณหภูมิก้อนอากาศแห้งและก้อนอากาศอิ่มตัวที่ระดับความสูง เดียวกัน ในแต่ละ บริเวณ ก้อนอากาศจะมีการยกตัวหรือจมตัวแตกต่างกันขึ้นอยู่กับความแตกต่าง ของ อุณหภูมิตามระดับความสูงของอากาศโดยรอบที่อยู่ในสิ่งแวดล้อมนั้นกับ อุณหภูมิก้อนอากาศว่า เกิดการส่งเสริมหรือยับยั้งการยกตัวของก้อนอากาศ ซึ่ง อธิบายได้ดังนี้
โลก ดาราศาสตร์และอวกาศ การเกิดเมฆ 12 กรณีที่ 1 อัตราการเปลี่ยนอุณหภูมิตามระดับความสูงของบรรยากาศมีค่าน้อยกว่า อัตรา แอเดียแบตึกของอากาศอิ่มตัว (6 องศาเซลเซียสต่อกิโลเมตร) ส่งผลให้อุณหภูมิ ก้อนอากาศแห้งและ อุณหภูมิก้อนอากาศอิ่มตัวต่ำ กว่าอุณหภูมิอากาศโดยรอบ ทำ ให้ เกิดภาวะยับยั้งการยกตัวของก้อนอากาศ เรียกว่า ภาวะทรงตัวสัมบูรณ์ (absolute stability) ดังรูป 10.6 สมมติให้ก้อนอากาศและอากาศโดยรอบที่บริเวณพื้นผิวโลก มีอุณหภูมิเท่ากันที่ 30 องศาเซลเซียส เมื่อพิจารณาที่ระดับความสูง 1 กิโลเมตร ทั้งก้อนอากาศแห้งและก้อน อากาศอิ่มตัวมีอุณหภูมิต่ำ กว่า อากาศโดยรอบ และเมื่อพิจารณาที่ระดับความสูงอื่น ๆ การที่อุณหภูมิอากาศโดยรอบลดลงในอัตรา ที่ช้ากว่าก้อนอากาศ ทำ ให้ทั้งก้อน อากาศแห้งและก้อนอากาศอิ่มตัวมีอุณหภูมิต่ำ กว่าอากาศโดยรอบเสมอ จึงเกิดภาวะ ยับยั้งการยกตัวของก้อนอากาศ
โลก ดาราศาสตร์และอวกาศ การเกิดเมฆ 13 กรณีที่ 2 อัตราการเปลี่ยนอุณหภูมิตามระดับความสูงของบรรยากาศมีค่ามากกว่า อัตราแอเดียแบตึก ของอากาศแห้ง (10 องศาเซลเซียสต่อกิโลเมตร) ส่งผลให้อุณหภูมิ ก้อนอากาศแห้งและอุณหภูมิ ก้อนอากาศอิ่มตัวสูงกว่าอากาศโดยรอบ ทำ ให้เกิดภาวะ ส่งเสริมการยกตัวของก้อนอากาศ เรียกภาวะ ดังกล่าวว่า ภาวะไม่ทรงตัวสัมบูรณ์ (absolute instability) ดังรูป 10.7 สมมติให้ก้อนอากาศและอากาศโดยรอบที่บริเวณพื้นผิวโลก มีอุณหภูมิเท่ากันที่ 30 องศาเซลเซียส เมื่อพิจารณาที่ระดับความสูง 1 กิโลเมตร ทั้งก้อนอากาศแห้งและก้อน อากาศอิ่มตัวมีอุณหภูมิสูงกว่า อากาศโดยรอบ และเมื่อพิจารณาที่ระดับความสูงอื่น ๆ การที่อุณหภูมิอากาศโดยรอบลดลงในอัตรา ที่เร็วกว่าก้อนอากาศ ทำ ให้ทั้งก้อน อากาศแห้งและก้อนอากาศอิ่มตัวมีอุณหภูมิสูงกว่าอากาศโดยรอบเสมอ จึงเกิดภาวะ ส่งเสริมการยกตัวของก้อนอากาศ
โลก ดาราศาสตร์และอวกาศ การเกิดเมฆ 14 เมฆ (Cloud) คือไอน้ำ ที่กลั่นตัวรวมกันเข้าเป็นกลุ่มก้อน อาจมีสภาพเป็นอนุภาค เล็ก ๆของน้ำ หรือน้ำ แข็ง หรือทั้งสองอย่างปนกันลอยอยู่ในอากาศ สามารถมองเห็นได้ ด้วยตาเปล่า ในกลุ่มของผสมนี้อาจมีอนุภาคใหญ่ๆของน้ำ แข็งปนอยู่ด้วย หรืออาจมี อนุภาคที่ไม่มีน้ำ หรืออนุภาคที่เป็นของแข็งตัวอย่าง เช่น ก๊าซ ผงฝุ่น หรือควัน ฯลฯ ซึ่งเกิดจากโรงงานอุตสาหกรรมปนอยู่ด้วย เมฆเกิดจาก อากาศร้อนซึ่งสามารถดูดรับเอาไอน้ำ ไว้ได้มาก ซึ่งมักจะเรียกว่าอากาศชื้น ลอยตัวขึ้นและเย็นลง ไอน้ำ ในอากาศกลั่นตัวกลายเป็นเมฆเราสามารถมองเห็นได้ เมฆ มีหลายชนิด แต่มีบางชนิดเท่านั้นที่มีฝนตกลงมาโดยจะลอยตัวอยู่ในอากาศเฉยๆแต่ มีลักษณะอากาศที่ทำ ให้ละอองน้ำ รวมตัวกันเป็นเม็ดน้ำ ใหญ่ขึ้นและมีน้ำ หนักมากขึ้น กระแสอากาศหรือลมไม่สามารถจะพัดให้เม็ดน้ำ นั้นลอยตัวอยู่ในอากาศได้ มันจึงตกลงมา เป็นฝนหรือหิมะขาวๆหรือบางทีเป็นลูกเห็บตกลงมาบนพื้นโลก ละอองน้ำ ในเมฆจะมี ขนาด0.01-0.02 มิลลิเมตรหรือเท่ากับ 10 ถึง 20 ไมครอน สามารถลอยอยู่ในบรรยากาศ เป็นเมฆ เมื่อละอองน้ำ ในเมฆเกิดการรวมตัวกันโต จนมีเส้นผ่าศูนย์กลางถึง 1 มิลลิเมตร (1,000 ไมครอน) หรือใหญ่กว่า มันจะตกลงมาจากเมฆปกติ แล้วเม็ดฝน1เม็ดจะเกิดจาก ละอองน้ำ ในเมฆรวมกันมากกว่า1ล้านเม็ด จึงมีปัญหาว่าละอองน้ำ ในเมฆเหล่านั้นรวมตัว กันเป็นฝน หนึ่่งเม็ดได้อย่างไร ซึ่งความรู้ในการรวมดังนี้ไม่มีใครทราบอย่างสมบูรณ์ และ ทราบตามทฤษฎีใหญ่ๆของการรวมตัวของละอองน้ำ ในเมฆ จนกลายเป็นเม็ดฝนใน 2 กรรมวิธีคือ 1 กรรมวิธีการชนกันแล้วรวมตัวกันเป็นกรรมวิธีของฝนในเขตร้อน 2 กรรมวิธีผลึกน้ำ แข็ง ฝนที่เกิดจากกรรมวิธีนี้จะเกิดขึ้นในเมฆซึ่งมีไอน้ำ ผลึกน้ำ แข็ง และน้ำ ( Supercooled Water) ปนกันอยู่ ซึ่งทั้งสามสภาวะอยู่ด้วยกันในเมฆที่มีอุณหภูมิ ต่ำ กว่า 0 องศา ไอน้ำ จะกลั่นตัวลงบนผลึกน้ำ แข็งเพราะความดันไอน้ำ ของเม็ดน้ำ สูงกว่า ความดันไอน้ำ ของผลึกน้ำ แข็ง ทำ ให้ผลึกน้ำ แข็งมีเม็ดโตขึ้นอย่างรวดเร็ว โตมากๆจนตกลง มาเป็นหิมะ (ต่ำ กว่า 0 องศา) เป็นฝนธรรมดา (สูงกว่า 0 องศา) และถ้าอุณหภูมิต่ำ กว่า 0 องศาก็จะ ระเหยไปเป็นไอน้ำ กรรมวิธีนี้เกิดขึ้นซ้ำ ๆกัน สรุป การกลั่นตัวของไอน้ำ เป็นเมฆหรือหมอก ต้องอาศัยอนุภาคกลั่นตัว การเกิดฝนหรือน้ำ ฟ้าต้องอาศัยเมฆขนาดใหญ่หรือผลึกน้ำ แข็ง
โลก ดาราศาสตร์และอวกาศ การเกิดเมฆ 15 เมฆพายุฟ้าคะนอง เริ่มก่อตัวขึ้นจากเมฆก้อนธรรมดาก่อน จากนั้นมีการขยายตัวขึ้น ด้วยภาวะที่พอเหมาะของอากาศร้อนชื้น ที่ไร้เสถียรภาพและมีกลไกที่ทำ ให้มวลอากาศชื้น ลอยตัวสูงขึ้น ทำ ให้เมฆก้อนขยายตัวขึ้นมีกระแสลมแนวตั้งแรงขึ้น เมฆก้อนขยายตัวสูงใหญ่ เป็นเมฆพายุฟ้าคะนองมีฟ้าแลบ ฟ้าร้อง ฟ้าผ่าและมีกระแสอากาศไหลขึ้นและลง มีลม กระโชกรุนแรงอากาศ จะเย็นลงมีฝนเกิดในบริเวณระดับต่ำ ของเมฆ ในระดับสูงอาจมีทั้ง หิมะ ลูกเห็บและฝนปะปนกัน เมฆพายุฝนฟ้าคะนองเป็นเมฆ ที่เป็นอันตรายอย่างยิ่งต่อ กิจการบิน ซึ่งเกิดจากโรงงานอุตสาหกรรมปนอยู่ด้วย เมฆม้วนตัว (Rotor cloud) บางครั้งเรียกว่า เมฆกลิ้ง (roll cloud) เป็นเมฆใน แบบของเมฆแอลโตคิวมูลัส ที่มีลักษณะม้วนตัวหรือกลิ้งตัว แกนหมุนของมันอยู่ในแนวนอน อาจเกิดขึ้นตรงส่วนบนของกระแสลมวนที่มีบริเวณกว้าง และไม่เคลื่อนตัว (large stationary eddies) และบางทีเกิดในบรรยากาศในระดับต่ำ ทาง ด้านหลังเขา (ด้านปลายลม) ซึ่งมีคลื่นภูเขา (mountain waves) เกิดขึ้นโดยที่แกนหมุน ของกระแสอากาศในเมฆจะขนานกับเทือกเขา เกิดพายุฝนฟ้าคะนอง และลมกระโชกแรง วันที่ 28 มิถุนายน 2550(คุณนิพนธ์ จูทอง ผู้ถ่ายภาพ)
โลก ดาราศาสตร์และอวกาศ การเกิดเมฆ 16 ภาพเมฆพายุฝนฟ้าคะนอง มีลมกระโชกแรง และฝนหนัก บริเวณสนามบินสุวรรณภูมิ วันที่ 28 มิถุนายน 2550 ปรากฏเมฆม้วนตัว ซึ่งพบได้ไม่บ่อยนัก ลักษณะเมฆจะอยู่ด้านล่าง บริเวณฐานเมฆ CB มีลักษณะเป็นลำ แนวขนานกับพื้นดิน เมื่อเคลื่อนเข้ามาใกล้ จะทำ ให้เกิด ลมกระโชกแรง และตามด้วยฝนหนัก roll cloud สามารถเป็นสัญญลักษณ์ของความเป็นไป ได้ที่จะเกิด Microburst หากเกิดในทะเลจะทำ ให้มีคลื่นสูงบริเวณ Squall line เป็นอันตราย ต่อการเดินเรือเช่นเดียวกัน ฝน เป็นน้ำ ฟ้าชนิดหนึ่งที่เกิดจากปรากฎการณ์ทางธรรมชาติ ฝนทำ ให้ทัศนะวิสัยเสียเป็น สภาวะอากาศที่เป็นอุปสรรคต่อการบิน ฝนเกิดจาก อนุภาคของไอน้ำ ขนาดต่างๆในก้อนเมฆเมื่อมีขนาดใหญ่ขึ้นจนไม่สามารถ ลอยตัวอยู่ในก้อนเมฆได้ ก็จะตกลงมาเป็นฝน ฝนจะตกลงมายังพื้นดินได้นั้นจะต้องมีเมฆเกิดในท้องฟ้าก่อน เมฆมีอยู่ หลายชนิด มีเมฆบางชนิดเท่านั้น ที่ทำ ให้มีฝนตก เราทราบแล้วว่าไอน้ำ จะกลั่นตัวเป็นเมฆก็ ต่อเมื่อมีอนุภาคกลั่นตัวเล็กๆอยู่เป็นจำ นวนมากเพียงพอและไอน้ำ จะเกาะตัวบนอนุภาคเหล่า นี้รวมกันทำ ให้เกิดเป็นเมฆ เมฆจะกลั่นตัวเป็นน้ำ ฝนได้ก็ต้องมีอนุภาคแข็งตัว(Freezing nuclei) หรือเม็ดน้ำ ขนาดใหญ่ซึ่งจะดึงเม็ดน้ำ ขนาดเล็กมารวมตัว กันจนเป็นเม็ดฝน สภาวะของน้ำ ที่ ตกลงมาจากท้องฟ้า อาจเป็นลักษณะของฝน ฝนละออง หิมะหรือลูกเห็บ ซึ่งเรารวมเรียกว่า หยาดน้ำ ฟ้า (Precipitation) ซึ่งจะตกลงมาในลักษณะไหน ขึ้นอยู่กับอุณหภูมิของอากาศใน พื้นที่นั้นๆ หยาดน้ำ ฟ้าต้องเกิดจากเมฆ แต่เมื่อมีเมฆไม่จำ เป็นต้องมีหยาดน้ำ ฟ้าเสมอไป พายุฟ้าคะนอง เป็นปรากฎการณ์ทางธรรมชาติที่มีสภาวะอากาศร้ายเป็นอันตรายอย่างยิ่ง ต่อการบิน พายุฟ้าคะนองจะเริ่มก่อตัวขึ้น จากเมฆก้อน(เมฆคิวมูลัส)ก่อนในสภาวะบรรยากาศ แวดล้อมที่เหมาะสม คือมีอากาศร้อนชื้น มีสภาพอากาศเป็นแบบไม่มีเสถียรภาพ หรือ เป็นแบบไม่มีเสถียรภาพแบบมีเงื่อนไข และมีกลไกทำ ให้อากาศยกตัวขึ้น
โลก ดาราศาสตร์และอวกาศ การเกิดเมฆ 17 วงจรชีวิตของ THUNDERSTORM มี 3 ขั้น 1.ขั้นคิวมูลัส(Cumulus Stage)กินเวลาประมาณ10-15 นาที ในเมฆคิวมูลัสที่จะขยายตัว เป็นพายุฟ้าคะนองควรมีขนาดกว้าง 12 กิโลเมตรขึ้นไป มีอากาศอุ่นและชื้นที่ปั่นป่วน และมีกระแสลมพัดขึ้นทางแนวตั้งตลอด ตั้งแต่ฐานจนถึงยอดเมฆ (Updraft) บางครั้งมีความรุนแรงถึง50 กิโลเมตรต่อชั่วโมง ภายใน ก้อนเมฆจะมีความปั่นป่วนรุนแรงขึ้นเป็นลำ ดับ ภายนอกจะเงียบสงบ แม้นในบริเวณฐานเมฆจะมีกระแสอากาศเบาๆพอที่เครื่องบินจะบินผ่านไปได้ อุณหภูมิใน ก้อนเมฆจะสูงกว่าอากาศบริเวณใกล้เคียงและความแตกต่างของอุณหภูมิภายนอกภายใน ยิ่งนานจะยิ่งเพิ่มขึ้น เม็ดน้ำ ในก้อนเมฆมีขนาดเล็กในระยะแรก และจะโตขึ้นเรื่อยๆตามขนาดของก้อนเมฆ เมฆคิวมูลัสซึ่งกำ ลังเจริญเป็นเมฆคิวมูโลนิมบัส ที่มา : Http://Www.Physicalgeography.Net/Fundamentals/7t.Html
2.ขั้นเจริญเติบโตเต็มที่(Mature Stage)กินเวลาประมาณ 15-30 นาที เป็นช่วงที่ เมฆก้อนใหญ่นี้เติบโตเต็มที่ พลังงานความปั่นป่วนที่อยู่ภายในมีกำ ลังแรงขยาย ใหญ่สุดจนไม่มีที่ไป ต้องปลดปล่อยพลังงานนี้ออกมาแล้ว ช่วงนี้แหละที่เป็น อันตรายที่สุดที่ทำ ให้เกิด อุบัติเหตุทางการบินมากมาย เพราะเป็นช่วงที่รุนแรงสุดของพายุฝนฟ้าคะนอง จุดเริ่มต้นของ Mature Stageนี้จะสังเกตเห็นฝนเริ่มโปรยลงมาตามด้วยลม กระโชกที่รุนแรงและไร้ทิศทาง ซึ่งเกิดจากเม็ดน้ำ และเม็ดน้ำ แข็งจำ นวนมาก ภายในเมฆ ซึ่งมีขนาดโตขึ้น จนเกินกว่่ากระแสอากาศพัดขึ้นจะต้านไว้ได้ จึงตกลงมาเป็นฝน ในขณะเดียวกัน จะเริ่มมีกระแสอากาศพัดลงตามแนวดิ่ง จนเกิดเป็นกระแสอากาศพัดขึ้น-ลงตาม แนวดิ่ง โดยกระแสอากาศพัดลง เมื่อไหลลงกระทบพื้นดินก็จะแผ่ออกไปข้างๆ ทำ ให้เกิดลมกระโชกที่รุนแรง และไร้ทิศทาง อากาศจะเย็นลง แต่ฝนที่เริ่มตกลง มานั้นยังไม่ทำ ให้ทัศนะวิสัยลดต่ำ ลงมากแต่อย่างไร ซึ่งนักบินที่กำ ลังจะนำ เครื่อง บินลงในขณะนั้นจะยังคงมองเห็นภาพของสนามบินอยู่ตลอดเวลา เปรียบเสมือน เป็นกับดักล่อให้นักบินตายใจ ยังคงนำ เครื่องบินบินผ่านใกล้ฐานเมฆ แต่อีกสักครู่ เดียวฝนก็จะกระหน่ำ ลงมาอย่างหนักตามด้วยฟ้าผ่า ลมกระโชกและกระแสอากาศพัดในแนวดิ่งที่รุนแรงและไร้ทิศทาง ท้องฟ้ามืดมัวมี ฝนตกหนัก ทัศนะวิสัยเลว บางครั้งมีลูกเห็บด้วย มีฟ้าแลบ ฟ้าร้อง เครื่องบินที่ บินเข้าไปในเมฆพายุฟ้าคะนองจะได้รับอันตรายจากความกระแทกกระเทือนจาก กระแสอากาศ พัด ขึ้น-ลง ในแนวดิ่ง ลมกระโชกแรงมีลูกเห็บซึ่งอาจได้รับอันตรายถึงกับเป็น อุบัติเหตุตกได้ โลก ดาราศาสตร์และอวกาศ การเกิดเมฆ 18
3.ขั้นสลายตัว (DISSIPATING STAGE) ใช้เวลาประมาณ 30นาที ในขั้นสลาย ตัวนี้เมื่อพลังงานถูกปลดปล่อยออกมาแล้ว สภาพอากาศภายในกับภายนอก เมฆก็จะค่อยๆปรับสมดุลย์เข้าหากัน ภายในก้อนเมฆจะมีแต่กระแสอากาศพัด ลงอย่างเดียว ฝนที่ตกจะค่อยลดน้อยลงและหยุดในที่สุด อุณหภูมิในก้อนเมฆ จะเปลี่ยนไปจนเท่ากับบริเวณข้างเคียงทิศและความเร็วลมจะเปลี่ยน ไปจน เท่ากับบริเวณใกล้เคียง เมฆก้อนนี้ก็จะสลายตัวไปในที่สุด จุดสังเกตุของขั้น ตอนนี้ คือที่ยอดเมฆจะเป็นรูปทั่งเนื่องจากอากาศ ที่ปั่นป่วนนั้นหมดแรงที่ยก ตัวเองให้สูงกว่านี้อีก ยอดเมฆจึงกระจายออกด้านหน้าของการเคลื่อนที่ วงจร ชีวิตของ Thunderstorm โดยทั่วไปจะไม่เกิน 1-2 ชั่วโมง ช่วงที่มีอันตรายและ น่ากลัวที่สุดคือ Mature Stage โลก ดาราศาสตร์และอวกาศ การเกิดเมฆ 19 ทางด้านหน้าของพายุฝนฟ้าคะนองจะมีกระแสอากาศไหลลงอย่างรุนแรง ที่มา : Http://Www.Physicalgeography.Net/Fundamentals/7t.Html (Photo ? 2004 David Jenkins) เมฆคิวมูโลนิมบัสที่เจริญเต็มที่ ที่มา : Http://Www.Physicalgeography.Net/Fundamentals/7t.Html
3.ขั้นสลายตัว (DISSIPATING STAGE) ใช้เวลาประมาณ 30นาที ในขั้นสลายตัวนี้ เมื่อพลังงานถูกปลดปล่อยออกมาแล้ว สภาพอากาศภายในกับภายนอกเมฆก็จะ ค่อยๆปรับสมดุลย์เข้าหากัน ภายในก้อนเมฆจะมีแต่กระแสอากาศพัดลงอย่างเดียว ฝนที่ตกจะค่อยลดน้อยลงและหยุดในที่สุด อุณหภูมิในก้อนเมฆจะเปลี่ยนไปจน เท่ากับบริเวณข้างเคียงทิศและความเร็วลมจะเปลี่ยน ไปจนเท่ากับบริเวณใกล้เคียง เมฆก้อนนี้ก็จะสลายตัวไปในที่สุด จุดสังเกตุของขั้นตอนนี้ คือที่ยอดเมฆจะเป็นรูปทั่ง เนื่องจากอากาศ ที่ปั่นป่วนนั้นหมดแรงที่ยกตัวเองให้สูงกว่านี้อีก ยอดเมฆจึงกระจาย ออกด้านหน้าของการเคลื่อนที่ วงจรชีวิตของ Thunderstorm โดยทั่วไปจะไม่เกิน 1-2 ชั่วโมง ช่วงที่มีอันตรายและน่ากลัวที่สุดคือ Mature Stage โลก ดาราศาสตร์และอวกาศ การเกิดเมฆ 20 ทางด้านหน้าของพายุฝนฟ้าคะนองจะมีกระแสอากาศไหลลงอย่างรุนแรง ที่มา : Http://Www.Physicalgeography.Net/Fundamentals/7t.Html (Photo ? 2004 David Jenkins)
โลก ดาราศาสตร์และอวกาศ การเกิดเมฆ 21 ใบความรู้ Wordwall https://wordwall.net/resource/53535619
โลก ดาราศาสตร์และอวกาศ การเกิดเมฆ 22 ใบความรู้ Kahoot
โลก ดาราศาสตร์และอวกาศ การเกิดเมฆ 23 คลิปวิดีโอ YouTube https://youtu.be/oYx6wadijyA
โลก ดาราศาสตร์และอวกาศ การเกิดเมฆ 24 บรรณานุกรม กรมอุตุนิยมการบิน. เมฆ (ออนไลน์) เข้าถึงได้จาก https://shorturl.asia/Vm2za (วันที่ค้นข้อมูล 9 มีนาคม 2566) อากาศและเมฆ ออนไลน์) เข้าถึงได้จาก https://shorturl.asia/9LPWh (วันที่ค้นข้อมูล 9 มีนาคม 2566)