Pilvet peittävät taivasta harmaana mattona, kun kopistelen tapaamaan Harri Hohtia. ”Taivas on tänään Nimbostratusten – siis aitojen sadepilvien – peitossa”, Ilmatieteen laitoksen vanhempi tutkija Hohti sanoo. Toisin sanoen luvassa on jatkuvaa vesisadetta.

Nimbostratus on laaja sadepilvi ja se kuuluu keskipilvien ryhmään. Ne vaeltavat taivaalla kahden–kuuden kilometrin korkeudella. Muita keskipilviä ovat Altocumulus eli hahtuvapilvi sekä Altostratus eli verhopilvi.

Pilvet luokitellaan ulkonäkönsä ja alareunan korkeutensa perusteella kolmeen pääryhmään; keskipilvien lisäksi oma ryhmänsä ovat yläpilvet viiden–yhdeksän kilometrin korkeudessa sekä alapilvet alle kahdessa kilometrissä. Luokittelu on peräisin 1800-luvun alusta, ja se toimii edelleenkin. Pääryhmien lisäksi on kymmenen pilvisukua, joissa on useampia pilvilajeja muunnoksineen, yhteensä yli 150.

”Tosin tutkijapiireissä keskustellaan uuden, Asperatus-pilvilajin muodostamisesta. Sen pilvet ovat synkän ja pahaenteisen näköisiä vaikka eivät myrskyä ennakoikaan”, Hohti paljastaa.

Yläpilvet ovat ohuita Cirruksia eli untuvapilviä, Cirrocumuluksia eli palleropilviä ja Cirrostratuksia eli harsopilviä. Jääkiteistä muodostuvat keveän ja läpikuultavan näköiset yläpilvet purjehtivat jopa 50 asteen pakkasessa.

Alapilviin kuuluu monelle kesätaivaan tuijottajalle tuttu Cumulus eli kumpupilvi. Myös Stratocumulus eli kumpukerrospilvi, Stratus eli sumupilvi ja Cumulonimbus eli kuuropilvi seilaavat alle kahdessa kilometrissä. Sumukin on oikeastaan maanpinnassa kiinni oleva pilvi.

Pilvipisaroita ja jääkiteitä

Pilvien syntyyn tarvitaan kosteutta ja veden tiivistymiseen sopivan matala lämpötila. Lisäksi tarvitaan pieniä tiivistymis­ydinhiukkasia, jotka muodostavat vesihöyrylle alustan. Hiukkasiksi kelpaavat esimerkiksi metsäpaloista, tulivuorenpurkauksista tai ihmisen toiminnasta peräisin olevat hiukkaset ja yhdisteet sekä varsinkin ilmakehään noussut merisuola.

Maapallon vesistöistä haihtuva vesi nousee vesihöyrynä ylös ja samalla se viilenee, kun ilmanpaine pienenee ja ilma sekä vesihöyry laajenevat. Lopulta ne saavuttavat niin sanotun kastepisteen, jolloin suhteellinen kosteus saavuttaa sata prosenttia. Kastepistelämpötilassa vesihöyry alkaa tiivistyä ja muuttua miljooniksi pilvipisaroiksi sekä tarpeeksi kylmässä suoraan jääkiteiksi, joista pilvet koostuvat. Pilvipisarat ovat noin tuhannesosa normaalista sadepisarasta, joten pilvet ovat kevyitä ja pystyvät leijailemaan pitkiäkin taipaleita.

Pilvien syntyprosessin voi laukaista kolme eri tekijää: konvektio, orografiset muodot sekä säärintama.

”Konvektiossa Aurinko lämmittää maan pintaa ja lämmin ilma nousee kevyempänä maanpinnan läheiseen ilmakerrokseen. Ylempänä ilmakehässä kosteus tiivistyy pilviksi. Etenkin kesäpilvet syntyvät tällä tavoin. Orografisesti pilvet muodostuvat, kun ilma jäähtyy sen kohotessa vaikkapa vuoriston yli. Myös kylmissä ja lämpimissä rintamissa, joissa esiintyy hitaampaa ilman nousuliikettä, syntyy esimerkiksi kerrospilviä ja laajoja sadepilviä”, Hohti kertoo.

Kun pilvimuodostuma kohtaa laskevan ilmavirtauksen, myös sen suhteellinen kosteus laskee ja pilvi hajoaa haihtumalla pois. Pilvet kuivuvat tietysti myös satamalla vetensä alas.

Maapallon noin sata kilometriä paksussa ilmakehässä on vettä 15 000 biljoonaa kiloa, nesteenä 15 000 kuutiokilometriä. Tämä on noin 10 kertaa maapallon jokien vesimäärä, joten se ei ole aivan vähäinen.
Yleisesti pilviä on korkeintaan noin 18 kilometrin korkeuteen saakka. Ylempänä stratosfäärissä 15–35 kilometrin korkeudessa voi syntyä alijäähtyneistä vesipisaroista värikkäitä helmiäispilviä, jotka ovat tosin ilmakerroksen kuivuuden vuoksi melko harvinaisia. Niitä voi nähdä varsinkin kevättalvella Pohjois-Suomessa. Helmiäispilvet ovat kauniita, mutta vaarallisia: ne aiheuttavat otsonikatoa, kun pilvissä olevista yhdisteistä vapautuu klooria.

Sinertävät valaisevat yöpilvet taas syntyvät muun muassa meteoripölyn hiukkasten toimiessa tiivistymisytiminä meso­sfäärissä, noin 80 kilometrissä. Niitä näkee etenkin pohjoisella kesätaivaallamme, kun yöt tummuvat.

Valaisevat yöpilvet hohtavat pohjoisella kesätaivaallamme noin 80 kilometrin korkeudessa. Kuva: Harri Hohti

Pilvi, pilvi, näytä väris, onko tänään pouta?

Kesälomailijoita kiinnostaa tietenkin sää ja pilvistä voi ennustaa lähituntien ilmanalaa. Kun paksun Cumuluksen päälle syntyy alasimen muotoinen pilvi, luvassa on kuurosateita ja ukkostakin. Ukkoseen liittyvät nopeat ilman nousuliikkeet ja ripeästi kehittyvät pilvet.

”Ukkospilvi on tyypillisesti kymmenen kilometriä korkea ja viisi kilometriä leveä. Se saattaa sisältää vettä kymmeniä miljoonia kiloja”, Hohti valaisee.

Hän kehottaakin tarkkailemaan taivasta juuri ukonilman jälkeen. ”Ukkosen aikana ilmakehä sekoittuu, se ihan kuin kiehuu. Sen jälkeistä taivasta kutsutaankin silloin tällöin säähavainnoissa sekavaksi taivaaksi, sillä siellä voi nähdä melkeinpä millaisia pilviä tahansa.”

Jos taivaalla näkee yläpilviin kuuluvaa Cirrostratusta eli harsopilveä, se kertoo yleensä lämpimän rintaman lähestymisestä.

”Myös Cumulus humilis eli kauniin ilman kumpupilvi paljastaa jo nimelläänkin, että lähiajan sää on poutainen.”

Ohut Cumulus humilis on väriltään puhtaan valkoinen, sillä pilvipisarat pääsevät sirottamaan valoa tasaisesti, mutta laaja ja paksu sadepilvi Nimbostratus taas tylsän harmaa.

”Väri johtuu pilven paksuudesta, valon tulokulmasta, aamu- tai iltaruskosta ja siitä, kuinka paljon ilmakehässä on pölyä.”

Väriskaala on kuitenkin yleensä valkoisesta harmaaseen ja sinertävään. Ukkospilvi on usein tumman musteensininen, eikä se läpäise juurikaan valoa. Pilvet ovat myös erinäköisiä eri puolella maapalloa: tropiikissa ne koostuvat yleisemmin pelkistä vesipisaroista ja ovat siksi valkoisempia. Arktisilla alueilla ne taas roikkuvat alhaalla ja ovat harmaampia. Myös ilmakehän sameus ja kuivuus vaikuttavat pilvien ulkoasuun.

Maapallon pinta-alasta noin kaksi kolmasosaa on koko ajan pilvien peitossa. Merien päällä kulkee jatkuvasti vaihtelevaa pilvisyyttä ja mantereilla niitä muodostuu säärintamissa ja kesäisin konvektiossa. Jos pilviä ei syntyisi, ei syntyisi sadettakaan ja täällä vallitsisi äärimmäinen kuivuus.

Omituisten pilvien kerho

Meidän kotoiset pilvemme ovat Hohdin mukaan kauneimmillaan kylmän rintaman jälkeen, jolloin ilma on kirkasta ja puhdasta.

”Talvella pilvitaivas on tylsä, mutta kevät ja kesä ovat ehdottomasti huippuaikaa pilvien tarkkailuun. Rannikot, saaret ja korkeat paikat ovat tähän tarkoitukseen parhaita.”

Paras kellonaikakin on selvillä. ”Kannattaa herätä mahdollisimman aikaisin, sillä aamuvarhaisella taivaalla tapahtuu – ja tietysti luonnossa muutenkin.”

Herätessä taivas voi olla pilvetön, mutta pian tuuli viriää ja maisemaan purjehtii taivaan lampaita. Kun ne kasvavat nopeasti korkeutta, luvassa voi olla kuuro­sateita.

Jos Hohti saisi raotettua verhoa pilvien salaisuuksien yltä, hän haluaisi tietää, miten omituisen muotoiset pilvet syntyvät ja mitä hiukkasia ne sisältävät.

”Se vaatisi vaikkapa tiheän leijuvan mittariverkoston. Lentokoneilla jo lennetäänkin pilvien läpi niitä mittaamassa. Pilvipisaroiden valon sirontaa mittaamalla pystymme jo kertomaan, minkä kokoisia pisaroita ne sisältävät ja jopa mitä aineita pilvessä on.”

Maapallo ei kuitenkaan ole ainoa planeetta, jolla on pilviä. Venus on kokonaan rikkihappopilvien peitossa. Marsissa taas pölymyrskyt korvaavat usein pilvet Auringon säteilyn estäjänä, mutta siellä on myös ohuita helmiäispilvien kaltaisia pilviä. Jättiläisplaneetoilla Jupiterilla, Uranuksella, Neptunuksella ja Saturnuksella ilmakehä on vetyä ja heliumia ja niitä ympäröivät tuhansia kilometrejä paksut pilvet, jotka koostuvat muun muassa ammoniakista ja rikkiyhdisteistä.

Myös Saturnuksen suurimmalla kuulla Titanilla esiintyy pilviä.

”Ilmatieteen laitos on jo tehnyt Marsiin sääennusteita, jotta siellä olevien mittauslaitteiden oloja pystyttäisiin ennakoimaan. Planetaarinen meteorologia on varmasti muutenkin tulevaisuuden ala; onhan meillä jo tietoa aurinkokuntamme ulkopuolisten eksoplaneettojenkin kaasukehistä”, Hohti pohtii.

Eksoplaneettojen pilvet jääkööt seuraavaan kurssikertaan.

Pilvisanasto

Alapilvet : Pilven alareuna kulkee 0–2 kilometrin korkeudessa.

• Cumulonimbus = kuuropilvi
• Cumulus = kumpupilvi
• Stratocumulus = kumpukerrospilvi
• Stratus = sumupilvi

Keskipilvet : Pilven alareuna kulkee 2–6 kilometrin korkeudessa.

• Altocumulus = hahtuvapilvi
• Altostratus = verhopilvi
• Nimbostratus = laaja sadepilvi

Yläpilvet : Pilven alareuna kulkee 5–9 kilometrin korkeudessa.

• Cirrus = untuvapilvi
• Cirrocumulus = palleropilvi
• Cirrostratus = harsopilvi

Pilvien tieteelliset nimet perustuvat
seuraavien latinankielisten sanojen muotoihin:
altus korkea
cirrus kiehkura
cumulus kukkura
nimbus sadepilvi
stratum kerros