A felhő a légkörben (égbolton) lévő vízgőz, amely nagyon apró vízcseppekké vagy jégkristályokká kondenzálódott, amelyek látható alakzatokban vagy formációkban jelennek meg a föld felett. A felhők lehetnek tisztán vízcseppesek, tisztán jégkristályosak vagy vegyes (mind cseppeket, mind jégkristályokat tartalmazó) állapotúak; a legtöbb mérsékelt övi felhő például vegyes fázisú. A felhők részecskemérete tipikusan néhány mikrométertől néhány tíz mikrométerig terjed, míg a jégkristályok formái rendkívül változatosak lehetnek.
A víz a Földön elpárolog (láthatatlan gázzá alakul) és felemelkedik az égbe. Feljebb, ahol a levegő hidegebb, a víz lecsapódik: gázból vízcseppekké vagy jégkristályokká alakul. Ezeket a vízcseppeket felhőként látjuk. A cseppek eső formájában visszahullanak a földre, majd a víz ismét elpárolog. Ezt nevezzük "vízkörforgásnak".
Hogyan keletkeznek a felhők?
A légkörben mindig van vízgőz. Felhők akkor keletkeznek, amikor a légkör már nem képes megtartani az összes láthatatlan légpárát. A további vízgőz nagyon apró vízcseppekké kondenzálódik. A kondenzációhoz általában szükség van ún. kondenzációs magvakra (porszemcsék, sószemcsék, füst‑ és aeroszolrészecskék), amelyekre a vízmolekulák rátapadva cseppekké nőhetnek. Az is fontos, hogy a levegő elérje a harmatpontot (dew point), amikor a relatív páratartalom 100% körüli, vagy amikor a levegő hűlése következtében supersaturáció jön létre.
A meleg levegő több vízgőzt tartalmaz, mint a hideg levegő. Ha tehát a sok vizet tartalmazó meleg levegő lehűl, felhőt képezhet. Ezekkel a módokkal a levegő eléggé lehűlhet ahhoz, hogy felhőket képezzen:
- amikor a talajhoz közeli levegőt a nap felmelegíti, és felemelkedik oda, ahol a levegő hidegebb.
- az időjárási frontok mentén a melegebb levegő lehűl, ahogy hidegebb levegőbe ütközik;
- amikor a levegő felfelé halad a hegyoldalon, a magasba emelkedve lehűl;
- amikor a meleg levegő valami hidegebb dolog (például egy tó hűvös vize) vagy az éjszaka lehűlt talaj fölé kerül, lehűl.
Ezeken túl a légkörben előfordulhatnak lokális emelkedő áramlások (konvekció), valamint mechanikai feláramlások, amelyek felhőképződést indítanak el. A felhőképződéshez kapcsolódóan fontos a levegő adiabatikus hűlése: ha egy légtömeg felemelkedik, kitágul és hőt ad le a környezetének, ezért hűl, így a benne lévő vízgőz kondenzálódhat.
A felhők fizikai jellemzői és csapadékképződés
A felhők nem nehezek. A felhőben lévő víz tömege több millió tonna is lehet. A felhő minden köbméterében (m3) csak körülbelül 5 gramm víz van. A felhőcseppek is körülbelül 1000-szer nehezebbek, mint az elpárolgott víz, tehát sokkal nehezebbek, mint a levegő. Nem esnek le, hanem a levegőben maradnak, mert a nehezebb vízcseppek körül meleg levegő van. Amikor a víz gázból cseppekké alakul át, az hőt termel. Mivel a vízcseppek nagyon kicsik, "beleragadnak" a meleg levegőbe.
A csapadék kialakulásának fő mechanizmusai a következők: - meleg felhőkben (általában trópusi, alacsony felhőkben) a cseppek ütközése és összetapadása (collision–coalescence) révén nőnek nagyobb cseppekké, amelyek leesnek; - hideg vagy vegyes fázisú felhőkben a Bergeron‑Findeisen mechanizmus játszik szerepet: a jégkristályok a túltelített vízgőzből gyorsabban növekednek, elszívják a vízgőzt a környező túlhűlt cseppektől, így a jégkristályok megnőnek és hóként vagy olvadás után esőként hullhatnak le.
Sok felhőben található superszámítottság, szuperhűtött vízcseppek (0 °C alatt is folyékony cseppek), valamint változó koncentrációjú kondenzációs magvak. A felhők élettartama néhány perc és több nap között változhat, a méretük pedig helyi záporfelhőktől a szemmel is látható kiterjedésű ciklonális rétegekig terjedhet.
Felhőtípusok és osztályozás
A felhőket többféleképpen osztályozzák; a Nemzetközi Meteorológiai Szervezet általános rendszere alapvetően alakjuk (réteg vagy gomoly) és magassági kategóriáik alapján különít el típusokat. A gyakori csoportosítás:
- Magas, vékony felhők (cirrusok): cirrus (Ci), cirrostratus (Cs), cirrocumulus (Cc) — általában 6 km fölött, jégkristályokból állnak.
- Középmagas felhők: altostratus (As), altocumulus (Ac) — 2–6 km között, vízcseppek vagy jég a magasságtól függően.
- Alacsony felhők: stratus (St), stratocumulus (Sc), nimbostratus (Ns) — általában 2 km alatt, hulló csapadékot adhatnak (különösen a nimbostratus).
- Függőleges fejlődésű felhők: cumulus (Cu), cumulonimbus (Cb) — kis gomolyoktól (jó idő) a nagy, zivatarokat okozó cumulonimbusokig, amelyek heves csapadékot, villámlást és viharokat hozhatnak.
Egyes felhők speciális, helyi kialakulású formák: köd (a talaj közelében kialakuló felhő), orografikus felhők (hegységek közelében), lencsefelhők (lenticularis) a hegyek fölött, illetve repülőgépek által hagyott kondenzcsíkok (contrails).
Felhők szerepe az időjárásban és az éghajlatban
A felhők fontos szerepet játszanak az időjárás alakulásában és a Föld energiamegőrzésében. Két fő hatásuk van: - visszaverik a napsugárzást (növelik az albedót), így hűthetik a felszínt; - elnyelik és visszasugározzák a felszín által kibocsátott infravörös (hosszúhullámú) sugárzást, ezzel üvegházhatású szerepet tölthetnek be.
Az, hogy egy felhő hűtő vagy melegítő hatású, a magasságától, optikai vastagságától és részecskeösszetételétől függ. A felhő‑visszacsatolások egyike a legnagyobb bizonytalansági tényezőknek az éghajlatváltozás előrejelzéseiben. Emberi tevékenység (aeroszolok kibocsátása, városi hőszigetek) is befolyásolhatja a felhőképződést; létezik a felhőmagvak mesterséges módosításának (felhőmagvetés, cloud seeding) gyakorlata is bizonyos típusú csapadék előidézésére.
Optikai jelenségek és látvány
Néha a felhők napfelkeltekor vagy napnyugtakor ragyogó színekben pompáznak. Ez a levegőben lévő porszemcséknek köszönhető. Ezen túlmenően a felhők és a bennük lévő jégkristályok különféle optikai jelenségeket okozhatnak, például irizálást (színes foltok a felhő szélein), halókat, tündöklést, illetve parhelionokat (napkutya) — ezek mind az apró cseppek vagy jégkristályok fénytöréséből és visszaverődéséből adódnak.
Összefoglalás
A felhők a légkör nélkülözhetetlen elemei: látható formái a Föld vízkörforgásának, az időjárási események és az éghajlati folyamatok meghatározó tényezői. Megértésük — a képződésük, szerkezetük, optikai és termodinamikai viselkedésük vizsgálata — kulcsfontosságú a meteorológia és az éghajlatkutatás számára.




