При любой температуре в воздухе содержится водяной пар. Уровень его содержания, в зависимости от температуры воздуха, колеблется от 0,01 до 4 объемных процентов. Количество водяного пара в воздухе и определяет его влажность. Если количество его достигает максимума, то говорят, что воздух становится насыщенным, а влажность — максимальной. Дальнейшее поступление водяного пара в воздух приводит к его перенасыщению, конденсации чрезмерного пара и образованию тумана. Однако полного насыщения воздуха водяным паром, как правило, не бывает. Поэтому принято говорить о фактическом содержании водяного пара в воздухе при данной температуре. Эту величину называют абсолютной влажностью. При повышении температуры воздуха способность его воспринимать водяной пар возрастает, поэтому увеличивается испарение и повышается абсолютная влажность.
Определяя степень насыщенности воздуха водяным паром, говорят о его относительной влажности. Относительная влажность — это отношение абсолютной влажности к максимальной при данной температуре. Выражается в процентах. Чем выше относительная влажность, тем выше насыщенность воздуха водяным паром, тем ближе она к максимальной.
Влажность воздуха тесно связана и с барометрическим давлением. Это обусловлено тем, что плотность водяного пара относительно плотности воздуха, которую принимают за единицу, равняется 0,623. Вследствие этого влажный воздух легче сухого, а атмосферное давление в нем уменьшается. Так, при температуре 20° и давлении 760 мм один кубический метр ненасыщенного воздуха весит 1205 г, а насыщенного водяным паром — 1196. Итак, если люди смотрят на барометр и говорят, что давление уменьшается, это означает, что воздух становится более влажным, более насыщенным водяным паром, и при определенных условиях можно ждать осадков.
Образование облаков связано с возникновением в атмосфере зон высокой относительной влажности. Облака — это сосредоточения в атмосфере водяного пара в виде большого количества мельчайших капель воды или кристалликов льда (или тех и других вместе). Капли получаются и увеличиваются за счет конденсации водяного пара. В тучах они мизерные, диаметр их колеблется от тысячных до сотых частиц миллиметра. В одном кубическом сантиметре помещаются сотни таких капель. Кристаллы обычно имеют в десятки раз большие размеры, но количество их меньше — до сотни в одном литре воздуха. В облаках есть и очень крупные капли, величиной с десятую часть миллиметра. Количество их в одном литре воздуха меньше единицы. Подобные капли и бывают зародышами осадков. Часто сосредоточение капель и кристалликов воды происходит близко к земной поверхности, и тогда их называют туманом.
Водяной пар в основном помещается в нижней части атмосферы — тропосфере. Именно в ней на разной высоте и сосредоточено подавляющее большинство облаков.
Облака имеют огромное значение в формировании погоды, их называют погодосоздающим фактором, поскольку они определяют формирование и режим осадков, что влияет на тепловой режим атмосферы и Земли. Ученые-метеорологи разделяют облака на десять основных форм. В зависимости от высоты нижней границы туч их относят к одному из трех ярусов, или классов: верхнему, среднему и нижнему.
К облакам верхнего яруса, или первого класса, высота которых превышает 6 километров, относятся: перистые, перисто-слоистые и перисто-кучевые. Облака среднего яруса, или второго класса, с высотой 2–6 км от поверхности Земли, — высоко-слоистые и высоко-кучевые. К облакам нижнего яруса — третьего класса, с высотой ниже двух километров, принадлежат слоистые, слоисто-кучевые и слоисто-дождевые.
К отдельному классу относятся облака вертикального развития, основа которых может находиться в нижнем ярусе, а вершина — в верхнем. Обычно нижняя основа их расположена на высоте от 0,5 до 1,5 км, а вверх они могут протягиваться до 6 км и даже выше, к верхней границе тропосферы. Это кучевые и слоисто-дождевые облака.
Большей частью облака верхнего и среднего ярусов не угрожают изменением погоды и осадками. Другое дело облака нижнего яруса и вертикального развития. Из них наиболее «безопасные» — отдельные кучевые облака, которые медленно проплывают в голубой вышине. Часто их называют облаками хорошей погоды. Кучевые облака — взбитые, пушистые на вид. Освещенные солнечным лучом, они становятся белоснежными. Выступающие части такого облака дают резкую тень.
Кучевые облака обычно появляются в теплое время года, как правило, утром, если поверхность земли хорошо прогрелась и от нее поднимаются струи теплого воздуха. Днем эти облака увеличиваются и достигают наибольшего размера в полуденные часы. Во второй половине дня они становятся плоскими и растекаются или, наоборот, собираются, образуя облачные горы, башни. Все это свидетельствует о мощном развитии вертикальных движений в атмосфере. В этом случае кучевые облака превращаются в слоисто-дождевые. Во время ветра верхние части их развеиваются и выступают вперед веерами или метлами, которые торчат из большой массы облаков пасмурного, темного цвета. Процесс завершается ливнями и грозами.