Felhők

Kialakulás és források

A felhők akkor keletkeznek, amikor a vízgőzt tartalmazó levegő lehűl a harmatpontjáig és az aeroszol részecskéken, mint például por, tengeri só vagy pollen, kondenzáció keletkezik.

A felhőket tápláló nedvesség a felszíni párolgásból és a növények transzspirációjából származik; ezeket a folyamatokat együttesen gyakran nevezik párolgás-transzspiráció.

A levegő felemelkedését és lehűlését különböző mechanizmusok - a felszíni felmelegedésből származó konvekció, a légtömegek ütközéséből eredő frontális felemelkedés, a terep feletti orografikus felemelkedés és az időjárási rendszerek nagyméretű konvergenciája - végzik, és mindegyik mechanizmus más-más felhőformákat és függőleges struktúrákat hoz létre.

A felszín éjszakai sugárzásos lehűlése szintén alacsony felhőzet kialakulásához vezethet, míg a helyi nedvességforrások, például tavak vagy öntözött földek a közelben felhők kialakulásához vezethetnek.

Osztályozás és a felhők kinézete

A meteorológusok a felhőket elsősorban magasságuk és alapformájuk alapján osztályozzák. Az általános magassági csoportok a magas, a közepes és az alacsony felhők, valamint egy külön kategória az erős függőleges fejlődésű felhők számára:

• Magas felhők: cirrus, cirrostratus és cirrocumulus; ezek főként jégkristályokból állnak, és vékonyak, vagy gomolygónak tűnnek.
• Középső felhők: altostratus és altocumulus; ezek a magas és alacsony rétegek között helyezkednek el, és gyakran jelzik a változó időjárást.
• Alacsony felhők: stratus, stratocumulus és nimbostratus; ezekben a felhőkben a vízcseppek dominálnak, és általában borult égboltot és gyenge vagy mérsékelt csapadékot okoznak.
• Függőlegesen kifejlődő felhők: gomolyfelhők és gomolyfelhők; ezek a szép időjárási puffadástól a heves esőt, villámlást és erős szelet okozó, tornyosuló zivatarokig terjednek.

A felhőnevek kombinálhatók vegyes jellemzők leírására (például nimbostratus a vastag, esőt hordozó rétegfelhőkre), és a megjelenés a megvilágítás, a háttérben lévő égbolt és a nedvességtartalom függvényében változik.

Felhőmikrofizika és csapadékfolyamatok

A felhőben az apró cseppek és jégkristályok folyamatosan kölcsönhatásba lépnek egymással. A cseppek kondenzációval, valamint más cseppekkel való ütközéssel és összeolvadással növekednek; meleg felhőkben ez az ütközés-összeolvadás folyamat esőcseppeket eredményezhet.

A vegyes fázisú felhőkben, ahol a jég és a túlhűtött víz együttesen fordul elő, a Bergeron-folyamat hatására a jégkristályok a vízcseppek rovására növekednek, ami gyakran hóhoz vagy jéghez vezet, amely aztán a melegebb rétegek alatt esővé olvad.

Az aeroszolkoncentráció, a cseppméret-eloszlás és a jégmagok jelenléte mind befolyásolják, hogy egy felhőből szitálás, tartós eső, hó vagy egyáltalán nem keletkezik-e csapadék. A hőmérsékleti profil, a függőleges mozgások és a felhő vastagsága határozza meg a domináns mikrofizikai útvonalat.

Életciklus és dinamika

A felhők életciklusa: kialakulás, növekedés, érés és eloszlás. A konvektív felhők a felhőfelhők felhajtóerejétől függenek; ha a felhőfelhők erősek és tartósak, a felhők függőlegesen felépülnek, és csapadék és turbulencia alakulhat ki.

Az elvonulás, azaz a környező szárazabb levegő keveredése a felhőbe, korlátozhatja a növekedést, és elősegítheti a párolgást és a pusztulást.

A frontális és réteges felhőzet nagyobb mértékben függ a nagyléptékű felhőfelhőmozgástól és a nedvességkonvergenciától, és gyakran hosszabb ideig fennmarad egy régió felett. A helyi tényezők, például a felszíni felmelegedés, a domborzat és a nedvességtartalom alakítják a felhők élettartamát és fejlődését.

Az időjárásban és az éghajlatban betöltött szerepe

A felhők központi szerepet játszanak mind a rövid távú időjárás, mind a hosszú távú éghajlat szempontjából.

A felhők a napfény visszaverésével növelik a bolygó albedóját és hűtő hatást gyakorolnak; a felszínről származó infravörös energia elnyelésével és visszasugárzásával melegítő hatást gyakorolnak.

Az, hogy egy adott felhőrétegnek nettó melegítő vagy hűtő hatása van-e, a magasságtól, a vastagságtól, a részecskefázistól és a napszaktól függ. Az alacsony, vastag felhők a napfény visszaverésével inkább lehűtik a felszínt, míg a magas, vékony felhők a kimenő sugárzás visszatartásával inkább melegítenek.

Mivel a felhővisszacsatolások felerősítik vagy tompítják a hőmérséklet-változásokat, az éghajlati előrejelzések egyik fő bizonytalansági forrását jelentik.

Megfigyelés és mérés

A felhőket számos skálán és számos műszerrel megfigyelik.

A képzett megfigyelők a felhő típusát és borítottságát a földről írják le; a mennyezetmérők a felhőalap magasságát becsülik; a rádiószondák a hőmérséklet és a páratartalom függőleges profilját mérik, amely jelzi, hogy hol alakulhatnak ki felhők; az időjárási radar a hidrometeorokat és a csapadék szerkezetét érzékeli; a műholdak pedig széles lefedettséget biztosítanak a látható, infravörös és mikrohullámú csatornákkal, amelyek a felhő tetejének magasságát, fázisát és mozgását mutatják.

A Lidar és a fejlett távérzékelők olyan vékony felhő- és aeroszolrétegek profilját tudják megrajzolni, amelyek a hagyományos műszerekkel nehezen láthatóak.

A numerikus időjárási modellek ezeket a megfigyeléseket használják fel az előrejelzések inicializálásához és a felhőfolyamatok ábrázolásához, bár a felhők paraméterezése a modellrács léptékében továbbra is kihívást jelent.

Gyakorlati hatások és alkalmazások

A felhők számos emberi tevékenységet és iparágat befolyásolnak.

A repülésben befolyásolják a láthatóságot, a turbulenciát és a jegesedési kockázatot; a napenergia esetében a fotovoltaikus teljesítményt és az előrejelzések bizonytalanságát; a mezőgazdaságban a felhők megváltoztatják a párolgást, az árnyékolást, valamint a csapadék időzítését és mennyiségét; a vízkészlet-gazdálkodásban a felhők által vezérelt csapadékminták határozzák meg a tározók beáramlását és az árvízveszélyt.

A felhőmegfigyelések a levegőminőségi értékelések, a szabadtéri rendezvények tervezése és a súlyos viharok idején történő vészhelyzeti reagálás szempontjából is kritikus fontosságúak.