Pilved

Moodustamine ja allikad

Pilved tekivad siis, kui veeauru sisaldav õhk jahtub oma kastepunktini ja aerosooliosakestel, nagu tolm, meresool või õietolm, tekib kondenseerumine.

Niiskus, mis toidab pilvi, pärineb aurustumisest maapinnal ja taimede transpiratsioonist; neid protsesse nimetatakse sageli koos kui evapotranspiratsioon.

Õhku tõstavad ja jahutavad mitmesugused mehhanismid - pinnasoojenemisest tulenev konvektsioon, õhumasside kokkupõrke korral toimuv frontaalne tõstmine, orograafiline tõstmine maastikul ja suuremahuline lähenemine ilmasüsteemides - ning iga mehhanism kipub tekitama erinevaid pilvevorme ja vertikaalseid struktuure.

Pinna öine kiirguslik jahtumine võib samuti põhjustada madalate pilvede teket, samas kui kohalikud niiskusallikad, nagu järved või niisutatud põllud, võivad tekitada läheduses pilvede teket.

Klassifikatsioon ja pilvede välimus

Meteoroloogid liigitavad pilvi peamiselt nende kõrguse ja põhikuju järgi. Laiad kõrgusgrupid on kõrged, keskmised ja madalad pilved ning eraldi kategooria tugeva vertikaalse arenguga pilvedele:

• Kõrged pilved: cirrus, cirrostratus ja cirrocumulus; need koosnevad peamiselt jääkristallidest ja näivad õhukesed või viltused.
• Keskmised pilved: altostratus ja altocumulus; need asuvad kõrg- ja madalate kihtide vahel ja annavad sageli märku muutuvast ilmast.
• Madalad pilved: stratus, stratocumulus ja nimbostratus; neis domineerivad veepiisad ja need tekitavad tavaliselt pilvise taeva ja kerge kuni mõõduka sademete hulga.
• Vertikaalse arenguga pilved: cumulus ja cumulonimbus; need varieeruvad ilusa ilmaga paisudest kuni toredate äikesevihmadeni, mis tekitavad tugevat vihma, äikest ja tugevat tuult.

Pilvede nimetusi võib kombineerida, et kirjeldada segatud omadusi (näiteks nimbostratus paksude, vihmaga kaetud kihtpilvede puhul), ning välimus varieerub sõltuvalt valgustusest, taustataevast ja niiskusesisaldusest.

Pilvemikrofüüsika ja sademete tekkeprotsessid

Pilve sees suhtlevad pidevalt pisikesed tilgad ja jääkristallid. Tilgad kasvavad kondensatsiooni teel ning teiste tilkadega kokku põrkudes ja ühinevad; soojades pilvedes võib see kokkupõrke-koalestsentsprotsess tekitada vihmapiisad.

Segufaasilistes pilvedes, kus jää ja ülijahutatud vesi eksisteerivad koos, põhjustab Bergeroni protsess jääkristallide kasvu veepiiskade arvelt, mille tulemuseks on sageli lumi või jää, mis seejärel sulab soojemate kihtide all vihmaks.

Aerosoolide kontsentratsioon, tilkade suurusjaotus ja jää tuumade olemasolu mõjutavad seda, kas pilvede puhul tekib hoovihm, püsiv vihm, lumi või ei teki üldse sademet. Temperatuuriprofiil, vertikaalsed liikumised ja pilvede paksus määravad domineeriva mikrofüüsikalise tee.

Elutsükkel ja dünaamika

Pilvedel on elutsükkel: tekkimine, kasvamine, küpsemine ja hajumine. Konvektiivsed pilved sõltuvad tõusvast tõmbest; kui tõmbed on tugevad ja püsivad, tekivad pilved vertikaalselt ja võivad tekitada sademete ja turbulentsi.

Ümbritseva kuivema õhu segunemine pilve võib piirata kasvu ning soodustada aurustumist ja lagunemist.

Frontaalsed ja stratiformsed pilvede tekid sõltuvad rohkem laiaulatuslikust tõstejõust ja niiskuse konvergentsist ning püsivad sageli kauem piirkonna kohal. Kohalikud tegurid, nagu pinnasoojenemine, topograafia ja niiskus, kujundavad seda, kui kaua pilved püsivad ja kuidas nad arenevad.

Roll ilmas ja kliimas

Pilved on keskse tähtsusega nii lühiajalise ilma kui ka pikaajalise kliima jaoks.

Päikesevalgust peegeldades suurendavad pilved planeedi albeedot ja avaldavad jahutavat mõju; pinnalt infrapunase energia neelamise ja uuesti kiirgamisega avaldavad nad soojendavat mõju.

See, kas konkreetsel pilvekihil on soojendav või jahutav netoefekt, sõltub selle kõrgusest, paksusest, osakeste faasist ja kellaajast. Madalad ja paksud pilved kipuvad päikesevalgust peegeldades maapinda jahutama, samas kui kõrged ja õhukesed pilved kipuvad soojendama, püüdes kinni väljaminevat kiirgust.

Kuna pilvede tagasiside võimendab või aeglustab temperatuuri muutusi, on see kliimaprognooside peamine ebakindluse allikas.

Vaatlus ja mõõtmine

Pilvi vaadeldakse mitmel skaalal ja paljude instrumentidega.

Koolitatud vaatlejad kirjeldavad pilvede tüüpi ja katvust maapinnalt; ceilomeetrid hindavad pilvede baaskõrgust; raadiosondid mõõdavad temperatuuri ja niiskuse vertikaalprofiile, mis näitavad, kus võivad tekkida pilved; ilmaradarid tuvastavad hüdromeetoreid ja sademete struktuuri; ning satelliidid pakuvad laiaulatuslikku katvust nähtavate, infrapuna- ja mikrolaine kanalite abil, mis näitavad pilvede tippude kõrgust, faasi ja liikumist.

Lidar ja täiustatud kaugsensorid võivad koostada profiili õhukestest pilvedest ja aerosoolikihtidest, mida tavapäraste vahenditega on raske näha.

Numbrilised ilmamudelid kasutavad neid vaatlusi prognooside koostamiseks ja pilveprotsesside kujutamiseks, kuigi pilvede parameetriseerimine mudelivõrgu skaalal on endiselt keeruline.

Praktiline mõju ja rakendused

Pilved mõjutavad paljusid inimtegevusi ja tööstusharusid.

Lennunduses mõjutavad pilved nähtavust, turbulentsi ja jäätumisohtu; päikeseenergia puhul muudavad nad fotogalvaanilise toodangu ja prognooside ebakindlust; põllumajanduses muudavad pilved aurustumist, varjutust ning sademete ajastust ja kogust; veemajanduses määravad pilvede põhjustatud sademete mustrid veehoidlate sissevoolu ja üleujutusriski.

Pilvede vaatlused on olulised ka õhukvaliteedi hindamisel, väliürituste planeerimisel ja hädaolukordadele reageerimisel tugevate tormide ajal.