Moln

Bildande och källor

Moln bildas när luft som innehåller vattenånga kyls ner till sin daggpunkt och kondens uppstår på aerosolpartiklar som damm, havssalt eller pollen.

Fukt som matar moln kommer från avdunstning vid ytan och från växternas transpiration; tillsammans kallas dessa processer ofta för evapotranspiration.

Luft lyfts och kyls av en mängd olika mekanismer - konvektion från ytvärme, frontlyft när luftmassor kolliderar, orografiska lyft över terräng och storskalig konvergens i vädersystem - och varje mekanism tenderar att producera olika molnformer och vertikala strukturer.

Radiativ avkylning av ytan på natten kan också leda till låg molnbildning, medan lokala fuktkällor som sjöar eller bevattnade fält kan ge upphov till molnutveckling i närheten.

Klassificering och hur moln ser ut

Meteorologer klassificerar moln främst efter deras höjd och deras grundläggande form. De stora höjdgrupperna är höga, mellersta och låga moln, plus en separat kategori för moln med stark vertikal utveckling:

• Höga moln: cirrus, cirrostratus och cirrocumulus; dessa består huvudsakligen av iskristaller och ser tunna eller spretiga ut.
• Mellanmoln: altostratus och altocumulus; dessa ligger mellan de höga och låga skikten och signalerar ofta väderomslag.
• Låga moln: stratus, stratocumulus och nimbostratus; dessa domineras av vattendroppar och ger ofta mulen himmel och lätt till måttlig nederbörd.
• Moln med vertikal utveckling: cumulus och cumulonimbus; dessa sträcker sig från vackert väder till höga åskmoln som ger kraftigt regn, blixtar och kraftiga vindar.

Molnnamn kan kombineras för att beskriva olika egenskaper (t.ex. nimbostratus för tjocka, regnbärande stratiforma moln), och utseendet varierar med belysning, bakgrundshimmel och fuktinnehåll.

Molnens mikrofysik och nederbördsprocesser

I ett moln interagerar små droppar och iskristaller ständigt. Dropparna växer genom kondensation och genom att kollidera och sammanfogas med andra droppar; i varma moln kan denna kollisions- och sammanfogningsprocess ge upphov till regndroppar.

I blandfasmoln där is och underkylt vatten samexisterar får Bergeronprocessen iskristallerna att växa på bekostnad av vattendropparna, vilket ofta leder till snö eller is som sedan smälter till regn under varmare lager.

Aerosolkoncentrationen, droppstorleksfördelningen och förekomsten av iskärnor påverkar alla om ett moln producerar duggregn, ihållande regn, snö eller ingen nederbörd alls. Temperaturprofil, vertikala rörelser och molntjocklek bestämmer den dominerande mikrofysiska vägen.

Livscykel och dynamik

Moln har en livscykel: initiering, tillväxt, mognad och upplösning. Konvektiva moln är beroende av uppåtgående vindar; om uppvindarna är starka och ihållande byggs molnen upp vertikalt och kan utveckla nederbörd och turbulens.

Inblandning av omgivande torrare luft i ett moln kan begränsa tillväxten och främja avdunstning och nedbrytning.

Frontala och stratiforma molndäck är mer beroende av storskalig lyftkraft och fuktkonvergens och kvarstår ofta längre över en region. Lokala faktorer som ytuppvärmning, topografi och luftfuktighet påverkar hur länge molnen lever och hur de utvecklas.

Roll i väder och klimat

Moln är centrala för både det kortsiktiga vädret och det långsiktiga klimatet.

Genom att reflektera solljuset ökar molnen planetens albedo och har en kylande effekt; genom att absorbera och återstråla infraröd energi från ytan har de en uppvärmande effekt.

Huruvida ett visst molnlager har en uppvärmande eller avkylande nettoeffekt beror på dess höjd, tjocklek, partikelfas och tid på dygnet. Låga, tjocka moln tenderar att kyla ytan genom att reflektera solljuset, medan höga, tunna moln tenderar att värma genom att fånga upp utgående strålning.

Eftersom molnens återkopplingar förstärker eller dämpar temperaturförändringar är de en stor källa till osäkerhet i klimatprognoserna.

Observation och mätning

Moln observeras i många olika skalor och med många olika instrument.

Utbildade observatörer beskriver molntyp och molntäckning från marken; ceilometrar uppskattar molnbasens höjd; radiosonder mäter vertikala profiler av temperatur och luftfuktighet som indikerar var moln kan bildas; väderradar upptäcker hydrometeorer och nederbördsstruktur; och satelliter ger bred täckning med synliga, infraröda och mikrovågskanaler som avslöjar molntoppens höjd, fas och rörelse.

Lidar och avancerade fjärrsensorer kan profilera tunna moln och aerosolskikt som är svåra att se med konventionella instrument.

Numeriska vädermodeller använder dessa observationer för att initiera prognoser och för att representera molnprocesser, även om det fortfarande är en utmaning att parametrisera moln på modellgitterskalor.

Praktiska effekter och tillämpningar

Moln påverkar många mänskliga aktiviteter och industrier.

Inom luftfarten påverkar de sikt, turbulens och isbildningsrisk; för solenergi modulerar de solcellseffekten och prognososäkerheten; inom jordbruket förändrar moln evapotranspiration, skuggning och tidpunkten för och mängden nederbörd; för vattenresurshantering bestämmer molndrivna nederbördsmönster reservoarernas inflöde och översvämningsrisken.

Molnobservationer är också avgörande för bedömningar av luftkvalitet, planering av utomhusevenemang och nödåtgärder vid svåra stormar.