Pilvi

Pilvi on ilmakehän alimmissa kerroksissa ilmavirtausten kannattamana leijuvaa aerosolia, joka koostuu jääkiteistä tai vesipisaroista. Kun pisarat ja kiteet kasvavat riittävän painaviksi, ne putoavat alas sateena. Tämä artikkeli, pois lukien kappale Pilvet muilla planeetoilla, käsittelee lähinnä Maan pilviä. Muiden tunnettujen planeettojen pilvet koostuvat yleensä muusta aineesta kuin vedestä.

Pilvien kaksi perustyyppiä ovat kumpupilvet ja kerrospilvet. Pilvet jaetaan myös niiden alareunan korkeuden mukaan yläpilviin, keskipilviin ja alapilviin. Pilviä esiintyy troposfäärissä maan pinnalta aina 18 kilometriin asti, ja joitain pilvityyppejä sitä ylempänäkin. Sumu on pilvi, joka ulottuu maan pinnalle asti.

Pilvet syntyvät kun kosteaa ilmaa nousee ylöspäin ja tiivistyy viilentyessään hyvin pieniksi pisaroiksi tai jääkiteiksi tiivistymisydinten ympärille.

Pilvet jäähdyttävät maapalloa heijastamalla Auringon säteilyä takaisin avaruuteen. Toisaalta niillä on talvisin myös lämmittävä vaikutus niiden estäessä lämmön karkaamista maapallon pinnalta.

Koostumus 
Pilvi koostuu pilvipisaroiksi tai jääkiteiksi tiivistyneestä vesihöyrystä. Pilvipisarat ovat yleensä kooltaan muutamasta mikrometristä kymmeniin mikrometreihin. Niitä muodostuu ja haihtuu koko ajan. Pilvipisarat voivat olla pilvessä alijäähtyneinä nestemäisessä muodossa vielä ainakin –20 asteen lämpötilassa, jos ne eivät ole olleet kosketuksissa sopivaan jäätymisytimeen.

Pilven pitämä vesimäärä riippuu sen lämpötilasta. Esimerkiksi 20-asteisessa pilvessä vettä on 1,7 prosenttia, jolloin kuutiokilometrin kokoisessa pilvessä vettä on noin 17 000 tonnia.

Väri ja muoto
Pilvet ovat usein valkoisia, mutta paksut pilvet ovat tummia. Kumpupilven kumpuileva muoto syntyy nousevista ilmavirtauksista. Repaleinen muoto aiheutuu voimakkaasta tuulesta, joka hajottaa pilven. Laajat kerrospilvet muodostuvat laaja-alaisesta nousevasta liikkeestä esimerkiksi säärintamien yhteydessä. Yläpilvien kuitumainen rakenne syntyy siitä, että ne koostuvat jääkiteistä eivätkä alempien pilvien tapaan vesipisaroista.

Muodostuminen

Olosuhteet 
Pilvien syntyprosessi voi alkaa ainakin kolmen eri olosuhteen seurauksena. Kosteaa ilmaa nousee korkeammalle, lämpimien ja kylmien säärintamien myötä, jolloin syntyy kerrospilviä. Konvektiopilviä syntyy konvektion seurauksena, kun ilmaa lämmitetään alhaalta päin. Tätä tapahtuu, kun Aurinko lämmittää maanpintaa tai kylmä ilma ajautuu lämpimän veden päälle. Orografiset pilvet ovat puolestaan seurausta siitä, kun ilma jäähtyy sen joutuessa kohoamaan ylöspäin jonkun esteen, esimerkiksi vuoriston vuoksi.

Vesipisaroiden muodostuminen 
Pilvien muodostuminen alkaa, kun vettä haihtuu meristä, järvistä, joista ja muista vesialtaista. Vesihöyryn noustessa ylöspäin se viilenee, koska ilma muuttuu kylmemmäksi mitä korkeammalle noustaan troposfäärissä. Samalla ilmanpaine pienenee ja ilma sekä vesihöyry laajenevat, mikä myös viilentää ilmaa ja vesihöyryä. Lopulta ilma ja vesihöyry saavuttavat nostotiivistyskorkeuden, jossa ne ovat viilenneet kastepisteeseen. Tämän jälkeen kondensaatio on nopeata, ja ilmassa muodostuu huomattava määrä pieniä 10–20 mikrometrin suuruisia vesipisaroita.

Pilvien muodostumiseen tarvitaan kosteutta ja sopivan matala lämpötila. Muodostumiseen ei riitä kuitenkaan pelkkä sopiva kosteus, vaan siihen tarvitaan myös pieniä tiivistymisytiminä tunnettuja hiukkasia. Ne antavat vesihöyrylle pinnan, johon sitä voi kiinnittyä. Suhteellinen kosteus voi nousta helposti yli sadan prosentin, jos tiivistymisytimiä ei ole saatavilla. Tällaiset olosuhteet ovat harvinaisia, sillä tiivistymisytimiksi kelpaavat monet erilaiset hiukkaset, kuten metsäpaloista, tulivuorten purkauksista tai ihmisen toiminnasta syntyneet pienet hiilihiukkaset, sulfaatti- ja nitraattiyhdisteet ja ilmakehään päätynyt merisuola.

Tiivistymisjuovan synty 
Tiivistymisjuova on pilvi, joka syntyy lähinnä lentokoneen pakokaasuun sisältyvästä vesihöyrystä, joka tiivistyy ja jäätyy sopivissa kosteus- ja lämpötilaoloissa. Pakokaasussa olevat muut hiukkaset toimivat tiivistymisytiminä. Tiivistymisjuovia syntyy tyypillisimmin 8–12 kilometrin korkeudessa.

Vaikutus lämpötilaan
Pilvet yhtäältä jäähdyttävät ja toisaalta lämmittävät maapalloa. Jäähdytysvaikutus on voimakkaampi: se syntyy siitä kun osa Auringon lämpösäteilystä ei pääse pilvien läpi maanpinnalle vaan absorboituu pilviin tai heijastuu niistä takaisin avaruuteen. Keväällä ja kesällä sää onkin viileämpi kun taivas on pilvien peitossa verrattuna selkeään säähän. Talvella pilvet kuitenkin myös estävät lämmön karkaamista maasta avaruuteen. Kun taivas talvella selkenee, pakkanen kiristyykin nopeasti.

Luokittelu 

Pilvien kaksi perustyyppiä ovat kumpupilvet ja kerrospilvet. Kumpuilevanmuotoiset kumpupilvet ovat useimmiten konvektion tai maaston synnyttämiä. Tasaiset ja litteät kerrospilvet syntyvät laajan kostean ilmamassan kohotessa esimerkiksi säärintaman yhteydessä.

Pilvet jaetaan myös niiden alareunan korkeuden mukaan ylä-, keski- ja alapilviin. Näiden lisäksi on vielä troposfäärin yläpuolella olevia pilviä, kuten helmiäispilviä ja valaisevia yöpilviä. Pilvet voidaan lisäksi ryhmitellä myös laajan alueen pilviin, sadepilviin, paksuihin ja litteisiin pilviin sekä vesi-, seka- ja jääkidepilviin.

Yläpilvet ovat yleensä muodostuneet jääkiteistä. Keskipilvet sisältävät sekä vettä että jäätä. Alapilvet ovat enimmäkseen muodostuneet pilvipisaroista.

Pilvisuvut 
Yleisimmin käytetyssä luokittelussa pilvet jaetaan kymmeneen pilvisukuun, joihin kuuluu kolme ylä-, kolme keski- ja neljä alapilvisukua. Suvut jaetaan edelleen lajeihin. Jokainen pilvi voi kuulua vain yhteen sukuun ja lajiin. Luokittelun loi 1800-luvun alussa englantilainen apteekkari ja harrastelijameteorologi Luke Howard. Sukujen ja lajien kuvaamiseen käytetään latinankielisiä nimiä:

alto – kohottaa
cirrus – hiuksen kihara
cumulus – pino
nimbus – sadepilvi
stratus – peitto

Alapilvet 0–2 km 
 Sumupilvi (Stratus St) on matalimmalla esiintyvä pilvisuku. Niitä on 10–300 metrin korkeudella maanpinnasta. Ulkonäöltään ne ovat yleensä tasasen harmaita ja piirteettömiä. On myös repaleisia sumupilviä. Usein korkeat rakennukset, puut ja mastot katoavat sumupilveen. Sumupilvestä sataa usein tihkua tai lumijyväsiä.
 Kuuropilvet (Cumulonimbus Cb) ovat korkeimpia pilviä. Kuuropilvi kehittyy yleensä niin korkeaksi kasvaneesta kumpupilvestä, että sen yläosan pilvipisarat jäätyvät, jolloin sen huippu muuttuu tiheäksi, usein alasimen muotoiseksi, untuvapilvimäiseksi. Sen alaosa voi puolestaan muistuttaa laajaa sadepilveä, ja usein siitä lähtee sadejuovia. Kuuropilvistä tuleva vesi-, lumi tai raesade voi olla rankkaa, mutta se kestää harvoin yli tuntia. Jos samalla ukkostaa, pilveä sanotaan ukkospilveksi, jonka yhteydessä rankan kuuron aikana voi syntyä rullamainen vyörypilvi.
 Kumpukerrospilvet (Stratocumulus Sc) ovat suurehkoja, melko lättänöitä hattaroita, usein järjestäytyneinä pilvijonoiksi, rulliksi tai makkaroiksi, joissa on tummemman ja vaaleamman harmaita osia.
 Kumpupilvi (Cumulus Cu) on nopeasti muuttuva hattarapilvi, joka kehittyy päivän mittaan suuremmaksi. Aamupäivän ensimmäiset kumpupilvet ovat lyhytikäisiä epämääräisiä kokkareita, mutta myöhemmin päivällä tasapohjaisia kukkakaalimaisia kekoja. Kumpupilvilajeja ovat kauniin ilman kumpupilvi, keskikokoinen kumpupilvi ja korkeaksi pullistunut kumpupilvi. Pienet kauniin ilman kumpupilvet ja keskikokoiset kumpupilvet eivät sada. Korkealle pullistunut kumpupilvi voi kehittyä kuuropilveksi. Siitä voi myös sataa, tropiikissa jopa rankasti.

Keskipilvet 2–6 km 
 Verhopilvi (Altostratus As) on tasaisen sileä, juovikas tai kuituinen. Verhopilven aiheuttama pilvipeite on vaalean- tai tummanharma, joskus siinä on myös vivahdus sinistä. Se muistuttaa tiheää harsopilveä, mutta siinä ei esiinny haloilmiötä. Verhopilvilajeja ovat ohut verhopilvi, tiheä verhopilvi ja sadejuovainen verhopilvi. Ohuen verhopilven läpi Aurinko tai Kuu kuultaa, mutta tiheän verhopilven läpi Aurinko ei näy. Verhopilvessä sataa lähes aina, mutta pisarat ja hiutaleet haihtuvat usein pilven alla eivätkä ne pääse maahan asti. Silloin kun verhopilvestä sataa maahan, sade on melko vähäistä.
 Hahtuvapilvi (Altocumulus Ac) on yleinen ja monimuotoinen suku. Hahtuvapilvikerros tai -lautta on muodostunut joko pienistä levyistä tai litteistä hattaroista, ja ne ovat usein ryhmissä, riveissä tai valleissa. Hahtuvapilvet pakkautuvat toisinaan niin lähelle toisiaan, että ne sulautuvat reunoistaan toisiinsa. Hahtuvapilvilajeja ovat ohut hahtuvapilvi, paksu hahtuvapilvi ja mantelipilvi. Tiheä hahtuvapilvi voi peittää koko taivaan tummanharmaaseen kerrokseen, mutta verhopilvestä poiketen tällaisen pilven alapinnalla näkyy selvärajaisia pieniä rakenteita.
 Laaja sadepilvi (Nimbostratus Ns) on matalalla roikkuva muodoton ja piirteeltään sateisen näköinen pilvipeite, joka tavallisesti on yhteneväinen ja väriltään tumman harmaa. Laajasta sadepilvestä saadaan tasaisesti lunta tai vettä, mutta siitä ei tule tihkua.

Yläpilvet 3–18 km 
 Untuvapilvet (Cirrus Ci) ovat pitkiä ohuita kuituja, jotka muodostavat usein koukkuja, raitoja tai ”kalanruotoja”. Pilvet ovat hentoja, varjottomia ja väriltään yleensä valkoisia. Untuvapilviin kuuluvat säikeiset untuvapilvet, jotka ovat yleensä suoria tai epäsäännöllisesti levinneitä käytäviivaisia kuituja, jalaspilvet, jotka muistuttavat jalasta tai suksea, tiheät untuvapilvet, jotka ovat silkinhohteisia tai hiukan harmaita kuitupilviä, jonka läpi ei näy taivasta, ja alasinuntuvapilvet, jotka ovat muodostuneet kuuropilven ylimmän osan jääkiteisen osan jäänteistä.
 Harsopilvi (Cirrostratus Cs) on sileä tai osittain kuitumainen, valkeahko ja ohut pilviharso. Harsopilvissä näkyy usein monenlaisia haloilmiöitä kuten renkaita ja kehiä Kuun ja Auringon ympärillä. Kaukana näkyvä harsopilvi antaa taivaalle maitomaisen värin.
 Palleropilvi (Cirrocumulus Cc) on pienistä valkoisista hahtuvista tai palleroista muodostunut pilvimatto, jonka osaset ovat varjottomia ja usein ryhmiin tai jonoihin järjestäytyneitä. Ne muistuttavat usein rantahiekassa olevia pieniä aaltoja.

Pilvilajit
Pilvilajien nimeämisessä käytetään sanoja, jotka kuvailevat pilvien ominaisuuksia. Osa pilvilajeista esiintyy vain tietyssä pilvisuvussa, osa useammassa.
 calvus cal – ”paljas” – kumpumainen, iso kukkakaalimainen (kumpupilvi, nuori ukkospilvi)
 capillatus cap – ”karvainen” – säikeinen, kuituinen (kuuro- ja ukkospilvi, tyyp vanha ukkospilvi)
 castellanus cas – vallinharjamainen – yksittäisiä torneja kohoaa alla olevasta tasaisesta pilvestä
 congestus con – korkeaksi pullistunut, massiivisia kumpupilviä, joilla kukkakaalimainen yläosa
 fibratus fib – kuitumainen, kuituinen
 floccus flo – kokkareinen, yksittäisiä pilvilaikkuja
 fractus fra – repaleinen pilvi
 humilis hum – matala kumpupilvi, ”kauniin ilman pilvi”
 lenticularis len – manteli- tai lautasmainen pilvi
 mediocris med – keskikokoinen, kohtalaisen korkeita, ylöspäin kasvavia kumpupilviä
 nebulosis neb – sumumainen – tasainen, piirteetön, utuinen
 spissatus spi – tiheä pilvi – tiheä esim. cirruspeite, jossa harmaata
 stratiformis str – kerrosmainen, laajoja pilvikerroksia
 volutus vol – putkimainen, rullamainen : pitkä makkaramainen pilvi
 uncinus unc – jalasmainen

Pilvimuunnokset
Pilven nimityksessä voidaan käyttää yhtä tai useampaa muunnosnimikettä, jotka liitetään suku- ja lajinimen perään:
duplicatus du – kaksois – kahdessa kerroksessa, osittain yhdistyneitä pilvikerroksia
intortus in – kietoutunut, kiertynyt – käyrämäinen ja taipunut cirrus
lacunosus la – kennomainen, täynnä reikiä – ohut pilvi jossa reikiä ja sahalaitaisia reunoja
opacus op– läpinäkymätön, paksu ja varjoisa – läpinäkymätön pilvilevy
perlucidus pe – osittain läpinäkyvä, läpikuultava – pilvilevyssä pieniä aukkoja
radiatus ra – säteittäinen – säteittäisiä rivejä yhdistyy keskuspisteessä lähellä horisonttia, yleensä cirrus
praecipitatio pra – satava – sade tulee maahan asti
translucidus tr – läpikuultava, läpinäkyvä – läpikuultava pilvivana tai levy
undulatus un – aaltomainen – pilvessä on aaltomaista kuviota
vertebratus ve – kalanruotomainen, luurankomainen tai luumainen – cirruspilvet järjestyneet kuten luut tai luuranko

Täydentävät piirteet ja lisäpilvet
Muunnosnimikkeiden tapaan pilven nimessä voidaan käyttää myös yhtä tai useampaa lisäpilvinimikettä:
arcus arc – kaari – yleensä kumpupilviin liittyen, pilven alla roikkuva kielekepilvi, paksu sahalaitaisin reunoin
cugen – kumpu/kuuropilvestä syntynyt
incus inc – alasin, cumulonimbus-pilven alasimenmuotoinen huippuosa
kelvin-helmholz (kh) – kaksoiskierre, korkkiruuvin näköinen pilvi
mamma mam – utaremainen – pyöreitä pusseja jotka roikkuvat pilvestä alaspäin
pileus pil – hatullinen – huppumainen kumpupilvityyppi
tuba tub – kuin trumpetti – sylinterimäinen tai tötterömäinen pilvialue roikkuu kumpupilven pohjasta, pieni pyörremyrsky
velum vel – laivan purje – muistuttaa purjetta, kerrospilvi, jonka läpi kumpupilvi kohoaa
virga vir – keppi tai haara – sade ei ulotu maahan asti

Muut pilvet
 helmiäispilvet
 valaisevat yöpilvet

Pilvien esitys synoptisilla sääkartoilla 
Silloin kun useimmat säähavainnot olivat ihmisten tekemiä, eikä kaukokartoitusvälineitä kuten satelliittikuvia ollut yleisesti käytettävissä, kehitettiin synoptinen pilviluokittelu, ja säähavainnontekijöiden havainnot piirrettiin sääkartoille paineen, lämpötilan ja tuulen ohella. Nykyisin kokonaispilvisyys - kuinka suuri osa taivaankannesta on pilvien peitossa - on useimmilla sääasemilla ainoa havaittava pilvisyyssuure. Synoptisessa pilviluokittelussa pilviä ei jaoteltu lajin tai suvun mukaan, vaan haettiin tyypillisiä tiettyyn säätyyppiin liittyviä pilvisyysnäkymiä. Esimerkiksi yläpilvikoodit 4-6 kertova lämpimän rintaman lähestymisestä, ja tällaiset havainnot Norjan rannikolta auttoivat hahmottamaan, kuinka kaukana Atlantilla lähestyvän rintaman pilvinauha oli. Nykyisin vastaava tieto saadaan satelliittikuvasta. Alla olevassa galleriassa on ensin yhdeksän alapilviryhmää, sitten yhdeksän keskipilviluokkaa ja viimeksi yhdeksän yläpilviryhmää.

Sään ennustaminen pilvistä 
Näyttävä aamurusko voi Suomen leveysasteilla kertoa siitä, että Auringon edessä on yläpilveä, mikä saattaa olla merkkinä puolen vuorokauden kuluessa saapuvasta sadealueesta.

Korkealle taivaalle ilmaantuneet untuvapilvet voivat kertoa lämpimän rintaman lähestymisestä. Niiden tiheneminen harsopilviksi ja edelleen laskeutuminen verhopilviksi on merkkinä rintaman lähestymisestä edelleen. Aamuisten pienten kumpupilvien kasvu korkeammaksi kertoo ilmakehän kosteudesta ja saattaa ennakoida sadetta. Myös aamuiset kokkarepilvet ja vallinharjapilvet enteilevät sadekuuroja ja ukkosia myöhemmin päivällä.

Pilvet muilla planeetoilla 
Tähtitieteilijät ovat löytäneet pilvien tapaisia muodostumia myös muilta planeetoilta, mutta vain Marsissa on samanlaisia pilviä kuin Maassa. Marsin pilvet muodostuvat vedestä ja hiilidioksidista. Venusta peittää sankka pilvikerros, mutta ne ovat muodostuneet rikkihaposta. Venukset pilvikerros on noin 45–70 kilometrin korkeudella planeetan pinnasta. Nopeasti liikkuvissa pilvissä ei ole havaittavissa paikallisia sääilmiöitä, mutta pilvityyppi vaihtelee paljon. Lähellä Venuksen päiväntasaajaa pilvet ovat repalaisia ja keskiasteilla pitkittäisraitaisia, ja napa-alueet ovat tasaisen pilvimaton peittämiä. Jupiterilla on myös tiheässä pilviä. Ne saattavat osittain muodostua vedestä, mutta pääosin ne ovat vetyä, heliumia, ammoniakkia ja metaania. Saturnuksen pilvet ovat samantapaisia, mutta Saturnuksen kuun Titanin pilvijärjestelmä muistuttaa Maan järjestelmää.

Katso myös 
 Pilvisyys
 Väripilvi
 Kielekepilvi
 Ceilometri

Lähteet

Viitteet

Kirjallisuutta

Aiheesta muualla 

Pilvikuvasto Karlsruhesta – saksalainen pilvikuvasto.
S'COOL Cloud Types Tutorial .
Cloud Appreciation Society.
Texas A&M Cloud Glossary .
Very good cloud-identification site.
Australia Severe Weather: cloud classification system.
 Chitambo Clouds – Clouds and other meteorological phenomena .
 BadMeteorology's explanation of why clouds form.
 Cloud Appreciation Society.
 Ilmatieteen laitoksen pilvikuvasto.
 United States National Weather Service.
 The Weather Channel, United States.
 Cloud photography .

Ilmasto

Seulonnan keskeiset artikkelit