Важнейшую роль в формировании температуры системы земля - атмосфера играет конденсация водяного пара и облачность. Тепло, выделяющееся при конденсации, является еще одним источником для тепловой энергии атмосферы. При конденсации 1 кг водяного пара атмосфера получает 2,5*10^6 Дж тепла. Для вычисления тепла конденсации необходима информация о величине вертикальной скорости переноса воздушных масс и профилях влажности и температуры

Конденсация водяного пара и появление облачности происходят при наличии восходящих движений в атмосфере и падении температуры воздуха с высотой. Вертикальные движения переносят водяной пар из нижних слоев атмосферы в верхние, более холодные, что приводит к конденсации и образованию облачности. Диапазон вертикальных скоростей, весьма велик. Крупномасштабные вертикальные скорости постоянно присутствуют в атмосфере и имеют характерные величины порядка см/сек. Конвективные струи возникают не всегда и не везде. Вертикальные скорости в конвективных потоках могут достигать десятков метров в секунду. Их появление часто носит чрезвычайный характер.

Известны разрушительные образования, такие как смерчи, шквалы, имеющие также конвективную природу, с областью падения давления вблизи подстилающей поверхности. В результате этого формируются мощные вертикальные движения, приводящие к выделению большого количества тепла конденсации, которое еще больше усиливает восходящие движения.

Тонкий слой облачности, образовавшийся на горами

Мощные конвективные облака обычно появляются при наличии вертикальной термической неустойчивости, сопровождающейся вертикальными движениями воздуха со скоростью метров и десятков метров в секунду. В появлении этого процесса существенную роль играют горизонтальные градиенты температуры подстилающей поверхности и наличие перегретых участков поверхности.

На рисунках представлены рассчитанные в дипломной работе студента кафедры "Физика атмосферы" К.Д. Василевского (2008 г.) распределение по высоте силы плавучести (справа), связанной с энергией неустойчивости и вертикальной скорости (внизу) при заданном распределении температуры в атмосфере (внизу справа) для трех разных случаев.

Расчеты проведены с использованием теории термической неустойчивости. На рисунках представлены результаты для трех случаев разного распределения температуры в нижнем слое атмосферы. Видно, что наибольший нагрев поверхности был 16 июля 2004 г. Для этого же случая оказалась наибольшей сила плавучести на уровне 800 гПа, которая привела к большим величинам вертикальной скорости, до 40 м/сек.