बादल भौतिकी

बादल भौतिकी उन भौतिक प्रक्रियाओं का अध्ययन है जो वायुमंडलीय बादलों के निर्माण, विकास और वर्षा का कारण बनती हैं। ये एरोसोल क्षोभमंडल, समतापमंडल और मीसोस्फीयर  में पाए जाते हैं, जो सामूहिक रूप से सममंडल का सबसे बड़ा हिस्सा बनाते हैं। बादलों में तरल पानी की सूक्ष्म बूंदें (गर्म बादल), बर्फ के छोटे क्रिस्टल (ठंडे बादल), या दोनों (मिश्रित चरण वाले बादल) होते हैं, साथ ही धूल, धुआं या अन्य पदार्थ के सूक्ष्म कण होते हैं, जिन्हें संघनन नाभिक के रूप में जाना जाता है। बादल की बूंदें शुरू में संघनन नाभिक पर जलवाष्प के संघनन से बनती हैं, जब कोहलर सिद्धांत के अनुसार हवा का  अतिसंतृप्ति  एक महत्वपूर्ण मूल्य से अधिक हो जाता है। केल्विन प्रभाव के कारण बादल बूंदों के निर्माण के लिए बादल संघनन नाभिक आवश्यक हैं, जो घुमावदार सतह के कारण संतृप्त वाष्प दबाव में परिवर्तन का वर्णन करता है। छोटी त्रिज्या पर, संघनन होने के लिए आवश्यक सुपरसैचुरेशन की मात्रा इतनी बड़ी होती है कि यह स्वाभाविक रूप से नहीं होता है। राउल्ट का नियम बताता है कि वाष्प का दबाव किसी घोल में विलेय की मात्रा पर कैसे निर्भर करता है। उच्च सांद्रता में, जब बादल की बूंदें छोटी होती हैं, तो आवश्यक सुपरसैचुरेशन नाभिक की उपस्थिति के बिना छोटा होता है।

गर्म बादलों में, बड़े बादल की बूंदें उच्च टर्मिनल वेग से गिरती हैं; क्योंकि किसी दिए गए वेग पर, छोटी बूंदों पर बूंद के भार की प्रति इकाई खींचने वाला बल बड़ी बूंदों की तुलना में अधिक होता है। फिर बड़ी बूंदें छोटी बूंदों से टकरा सकती हैं और मिलकर और भी बड़ी बूंदें बना सकती हैं। जब बूंदें इतनी बड़ी हो जाती हैं कि उनका नीचे की ओर वेग (आसपास की हवा के सापेक्ष) आसपास की हवा के ऊपर की ओर वेग (जमीन के सापेक्ष) से ​​अधिक हो जाता है, तो बूंदें वर्षा (मौसम विज्ञान) के रूप में गिर सकती हैं। मिश्रित चरण के बादलों में टकराव और सहसंयोजन उतना महत्वपूर्ण नहीं है जहां बर्जरोन प्रक्रिया हावी है। अन्य महत्वपूर्ण प्रक्रियाएं जो वर्षा का निर्माण करती हैं, वे हैं कठिन समय, जब एक सुपरकूल्ड तरल बूंद एक ठोस बर्फ के टुकड़े से टकराती है, और एकत्रीकरण, जब दो ठोस बर्फ के टुकड़े टकराते हैं और संयोजित होते हैं। बादल कैसे बनते और बढ़ते हैं इसकी सटीक यांत्रिकी पूरी तरह से समझ में नहीं आती है, लेकिन वैज्ञानिकों ने व्यक्तिगत बूंदों के सूक्ष्मभौतिकी का अध्ययन करके बादलों की संरचना को समझाने वाले सिद्धांत विकसित किए हैं। मौसम रडार और मौसम उपग्रह प्रौद्योगिकी में प्रगति ने भी बड़े पैमाने पर बादलों के सटीक अध्ययन की अनुमति दी है।

बादल भौतिकी का इतिहास
आधुनिक बादल भौतिकी 19वीं शताब्दी में शुरू हुई और कई प्रकाशनों में इसका वर्णन किया गया।  ओटो वॉन गुएरिके ने इस विचार को जन्म दिया कि बादल पानी के बुलबुले से बने होते हैं। 1847 में ऑगस्टस वोल्नी वालर ने सूक्ष्मदर्शी के नीचे बूंदों की जांच करने के लिए मकड़ी के जाले का उपयोग किया। इन टिप्पणियों की पुष्टि 1880 में विलियम हेनरी डाइन्स और 1884 में रिचर्ड असमन द्वारा की गई थी।

रुद्धोष्म शीतलन: नम हवा के बढ़ते पैकेट
जैसे ही पृथ्वी की सतह के किसी क्षेत्र से पानी वाष्पित होता है, उस क्षेत्र की हवा नम हो जाती है। नम हवा आसपास की शुष्क हवा की तुलना में हल्की होती है, जिससे अस्थिर स्थिति पैदा होती है। जब पर्याप्त नम हवा जमा हो जाती है, तो सभी नम हवा आसपास की हवा के साथ मिश्रित हुए बिना, एक पैकेट के रूप में ऊपर उठती है। जैसे-जैसे सतह पर अधिक नम हवा बनती है, प्रक्रिया दोहराई जाती है, जिसके परिणामस्वरूप नम हवा के अलग-अलग पैकेटों की एक श्रृंखला ऊपर उठकर बादलों का निर्माण करती है। यह प्रक्रिया तब होती है जब तीन संभावित उठाने वाले एजेंटों में से एक या अधिक - चक्रवाती/ललाट, संवहनी, या पर्वत - विज्ञान - अदृश्य जल वाष्प युक्त हवा को अपने ओस बिंदु तक बढ़ने और ठंडा करने का कारण बनता है, जिस तापमान पर हवा संतृप्त हो जाती है। इस प्रक्रिया के पीछे मुख्य तंत्र रुद्धोष्म चूक दर#शुष्क रुद्धोष्म चूक दर है। ऊंचाई के साथ वायुमंडलीय दबाव कम हो जाता है, इसलिए ऊपर उठती हवा एक ऐसी प्रक्रिया में फैलती है जिससे ऊर्जा खर्च होती है और हवा ठंडी हो जाती है, जिससे जलवाष्प संघनित होकर बादल बन जाती है। संतृप्त हवा में जलवाष्प आमतौर पर धूल और नमक के कणों जैसे बादल संघनन नाभिकों की ओर आकर्षित होता है जो हवा के सामान्य वायुमंडलीय परिसंचरण द्वारा ऊपर उठाए जाने के लिए काफी छोटे होते हैं। बादल में पानी की बूंदों की सामान्य त्रिज्या लगभग 0.002 मिमी (0.00008 इंच) होती है। बूंदें टकराकर बड़ी बूंदें बना सकती हैं, जो तब तक ऊपर रहती हैं जब तक बादल के भीतर बढ़ती हवा का वेग बूंदों के अंतिम वेग के बराबर या उससे अधिक होता है। गैर-संवहनी बादल के लिए, जिस ऊंचाई पर संक्षेपण होना शुरू होता है उसे उठा हुआ संघनन स्तर (LCL) कहा जाता है, जो मोटे तौर पर बादल के आधार की ऊंचाई निर्धारित करता है। मुक्त संवहन बादल आम तौर पर संवहन संघनन स्तर (सीसीएल) की ऊंचाई पर बनते हैं। संतृप्त वायु में जलवाष्प सामान्यतः बादल संघनन नाभिकों जैसे कि नमक के कणों की ओर आकर्षित होता है जो इतने छोटे होते हैं कि हवा के सामान्य वायुमंडलीय परिसंचरण द्वारा ऊपर रखे जा सकते हैं। यदि संघनन प्रक्रिया क्षोभमंडल में हिमांक स्तर से नीचे होती है, तो नाभिक वाष्प को बहुत छोटी पानी की बूंदों में बदलने में मदद करते हैं। हिमांक स्तर के ठीक ऊपर बनने वाले बादल अधिकतर अतिशीतित तरल बूंदों से बने होते हैं, जबकि जो बादल अधिक ऊंचाई पर, जहां हवा अधिक ठंडी होती है, संघनित होते हैं, वे आम तौर पर बर्फ के क्रिस्टल का रूप ले लेते हैं। संघनन स्तर पर और उससे ऊपर पर्याप्त संघनन कणों की अनुपस्थिति के कारण ऊपर उठती हवा अतिसंतृप्त हो जाती है और बादल का निर्माण बाधित हो जाता है।

ललाट और चक्रवाती लिफ्ट
फ्रंटल और चक्रवाती लिफ्ट अपनी शुद्धतम अभिव्यक्तियों में तब घटित होती है जब वायुमंडलीय अस्थिरता हवा, जो कि बहुत कम या कोई सतह हीटिंग के अधीन नहीं होती है, को मौसम के मोर्चों पर और कम दबाव वाले क्षेत्र के केंद्रों के आसपास ऊपर की ओर मजबूर किया जाता है। अतिरिक्त उष्णकटिबंधीय चक्रवातों से जुड़े गर्म मोर्चे एक विस्तृत क्षेत्र में ज्यादातर सिरिफ़ॉर्म और स्ट्रैटिफ़ॉर्म बादलों को उत्पन्न करते हैं, जब तक कि आने वाली गर्म वायुराशि अस्थिर न हो, उस स्थिति में क्यूम्यलस कंजेस्टस या क्यूम्यलोनिम्बस बादल आमतौर पर मुख्य अवक्षेपित बादल परत में एम्बेडेड होंगे। ठंडे मोर्चे आमतौर पर तेजी से आगे बढ़ते हैं और बादलों की एक संकीर्ण रेखा उत्पन्न करते हैं जो ज्यादातर स्ट्रैटोक्यूमुलीफॉर्म, क्यूमुलीफॉर्म, या क्यूम्यलोनिम्बिफॉर्म होते हैं जो सामने के ठीक आगे गर्म वायु द्रव्यमान की स्थिरता पर निर्भर करते हैं।

संवहनी लिफ्ट
एक अन्य कारक सतह के स्तर पर महत्वपूर्ण दिन के सौर ताप या अपेक्षाकृत उच्च निरपेक्ष आर्द्रता के कारण होने वाली उत्प्लावन संवहनशील उर्ध्व गति है। सूर्य द्वारा उत्पन्न आने वाली लघु-तरंग विकिरण पृथ्वी की सतह पर पहुंचने पर लंबी-तरंग विकिरण के रूप में पुनः उत्सर्जित होती है। यह प्रक्रिया जमीन के सबसे निकट की हवा को गर्म करती है और सतह के स्तर पर गर्म या गर्म से ऊपर की ठंडी तक एक तीव्र तापमान प्रवणता बनाकर वायु द्रव्यमान की अस्थिरता को बढ़ाती है। इसके कारण यह ऊपर उठता है और ठंडा होता है जब तक कि ऊपर की हवा के साथ तापमान संतुलन हासिल नहीं हो जाता। मध्यम अस्थिरता मध्यम आकार के संचयी बादलों के निर्माण की अनुमति देती है जो वायुराश पर्याप्त रूप से नम होने पर हल्की बारिश पैदा कर सकते हैं। विशिष्ट संवहन अपधाराएँ बूंदों को लगभग के दायरे तक बढ़ने की अनुमति दे सकती हैं 0.015 mm वर्षा के रूप में वर्षा से पहले। इन बूंदों का तुल्य व्यास लगभग है 0.03 mm.

यदि सतह के पास हवा अत्यधिक गर्म और अस्थिर हो जाती है, तो इसकी ऊपर की ओर गति काफी विस्फोटक हो सकती है, जिसके परिणामस्वरूप ऊंचे क्यूम्यलोनिम्बिफॉर्म बादल बन सकते हैं जो गंभीर मौसम का कारण बन सकते हैं। छोटे पानी के कण जो बादल समूह बनाते हैं, मिलकर बारिश की बूंदें बनाते हैं, वे गुरुत्वाकर्षण बल द्वारा पृथ्वी पर खींचे जाते हैं। बूंदें आमतौर पर संघनन स्तर से नीचे वाष्पित हो जाती हैं, लेकिन मजबूत अद्यतनीकरण  गिरती बूंदों को रोक देते हैं, और उन्हें अन्यथा की तुलना में अधिक समय तक ऊपर रख सकते हैं। हिंसक अपड्राफ्ट तक की गति तक पहुँच सकते हैं 180 mph. बारिश की बूंदें जितनी देर तक ऊपर रहती हैं, उन्हें बड़ी बूंदों में विकसित होने में उतना ही अधिक समय लगता है जो अंततः भारी बारिश के रूप में गिरती हैं।

वर्षा की बूंदें जो हिमांक स्तर से काफी ऊपर चली जाती हैं, पहले अतिशीतल हो जाती हैं और फिर छोटे-छोटे ओलों में बदल जाती हैं। एक जमी हुई बर्फ का केंद्रक उठा सकता है 0.5 in आकार में इन अपड्राफ्ट में से एक के माध्यम से यात्रा करता है और अंततः इतना भारी होने से पहले कई अपड्राफ्ट और डाउनड्राफ्ट के माध्यम से चक्र कर सकता है कि यह बड़े ओलों के रूप में जमीन पर गिरता है। ओलों को आधा काटने पर बर्फ की प्याज जैसी परतें दिखाई देती हैं, जो अलग-अलग समय का संकेत देती हैं जब यह सुपर-ठंडे पानी की परत से होकर गुजरा। तक के व्यास वाले ओले पाए गए हैं 7 in. संवहन लिफ्ट किसी भी मोर्चे से काफी दूर अस्थिर वायु द्रव्यमान में हो सकती है। हालाँकि, बहुत गर्म अस्थिर हवा भी मोर्चों और कम दबाव वाले केंद्रों के आसपास मौजूद हो सकती है, जो अक्सर संयुक्त ललाट और संवहन उठाने वाले एजेंटों के कारण भारी और अधिक सक्रिय सांद्रता में क्यूम्यलीफॉर्म और क्यूम्यलोनिम्बिफॉर्म बादलों का उत्पादन करती है। गैर-ललाट संवहन लिफ्ट की तरह, बढ़ती अस्थिरता ऊपर की ओर ऊर्ध्वाधर बादल के विकास को बढ़ावा देती है और गंभीर मौसम की संभावना को बढ़ाती है। तुलनात्मक रूप से दुर्लभ अवसरों पर, संवहन लिफ्ट ट्रोपोपॉज़ में प्रवेश करने और बादल के शीर्ष को समताप मंडल में धकेलने के लिए पर्याप्त शक्तिशाली हो सकती है।

भौगोलिक लिफ्ट
लिफ्ट का तीसरा स्रोत वायु परिसंचरण है जो हवा को पर्वत (भौगोलिक लिफ्ट) जैसे भौतिक अवरोध पर मजबूर करता है। यदि हवा आम तौर पर स्थिर है, तो लेंटिकुलर कैप बादलों से ज्यादा कुछ नहीं बनेगा। हालाँकि, यदि हवा पर्याप्त रूप से नम और अस्थिर हो जाती है, तो पर्वतीय वर्षा या गरज के साथ बौछारें पड़ सकती हैं।

गैर रुद्धोष्म शीतलन
रुद्धोष्म शीतलन के साथ-साथ जिसके लिए लिफ्टिंग एजेंट की आवश्यकता होती है, हवा के तापमान को उसके ओस बिंदु तक कम करने के लिए तीन अन्य मुख्य तंत्र हैं, जो सभी सतह के स्तर के पास होते हैं और हवा को उठाने की आवश्यकता नहीं होती है। प्रवाहकीय, विकिरणात्मक और बाष्पीकरणीय शीतलन से सतह स्तर पर संघनन हो सकता है जिसके परिणामस्वरूप कोहरा बन सकता है। प्रवाहकीय शीतलन तब होता है जब अपेक्षाकृत हल्के स्रोत क्षेत्र से हवा ठंडी सतह के संपर्क में आती है, जैसे कि जब हल्की समुद्री हवा ठंडे भूमि क्षेत्र में चलती है। विकिरणीय शीतलन थर्मल विकिरण के उत्सर्जन के कारण होता है, या तो हवा से या नीचे की सतह से। इस प्रकार की ठंडक रात के दौरान आम है जब आसमान साफ ​​होता है। वाष्पीकरणीय शीतलन तब होता है जब वाष्पीकरण के माध्यम से हवा में नमी जोड़ी जाती है, जो हवा के तापमान को उसके गीले-बल्ब तापमान तक, या कभी-कभी संतृप्ति के बिंदु तक ठंडा करने के लिए मजबूर करती है।

हवा में नमी जोड़ना
पाँच मुख्य तरीकों से जलवाष्प को हवा में मिलाया जा सकता है। बढ़ी हुई वाष्प सामग्री पानी या नम जमीन पर ऊपर की ओर गति वाले क्षेत्रों में हवा के अभिसरण के परिणामस्वरूप हो सकती है। ऊपर से गिरने वाली वर्षा या विरगा भी नमी की मात्रा को बढ़ाती है। दिन के समय गर्मी के कारण महासागरों, जल निकायों या गीली भूमि की सतह से पानी वाष्पित हो जाता है। पौधों से वाष्पोत्सर्जन जलवाष्प का एक अन्य विशिष्ट स्रोत है। अंततः, गर्म पानी के ऊपर चलने वाली ठंडी या शुष्क हवा अधिक आर्द्र हो जाएगी। दिन के समय गर्मी की तरह, हवा में नमी बढ़ने से इसकी गर्मी की मात्रा और अस्थिरता बढ़ जाती है और उन प्रक्रियाओं को गति देने में मदद मिलती है जो बादल या कोहरे के निर्माण का कारण बनती हैं।

अतिसंतृप्ति
किसी दिए गए आयतन में वाष्प के रूप में मौजूद पानी की मात्रा तापमान के साथ बढ़ती है। जब जल वाष्प की मात्रा पानी की सपाट सतह के ऊपर संतुलन में होती है तो वाष्प दबाव के स्तर को संतृप्ति कहा जाता है और सापेक्ष आर्द्रता 100% होती है। इस संतुलन पर पानी से वाष्पित होने वाले अणुओं की समान संख्या होती है क्योंकि वे पानी में वापस संघनित होते हैं। यदि सापेक्ष आर्द्रता 100% से अधिक हो जाती है, तो इसे सुपरसैचुरेटेड कहा जाता है। संघनन नाभिक की अनुपस्थिति में अतिसंतृप्ति होती है।

चूँकि संतृप्ति वाष्प दबाव तापमान के समानुपाती होता है, ठंडी हवा का संतृप्ति बिंदु गर्म हवा की तुलना में कम होता है। इन मूल्यों के बीच का अंतर ही बादलों के निर्माण का आधार है। जब संतृप्त वायु ठंडी हो जाती है, तो उसमें जलवाष्प की समान मात्रा नहीं रह जाती है। यदि स्थितियाँ सही हैं, तो अतिरिक्त पानी हवा से तब तक संघनित होता रहेगा जब तक कि निम्न संतृप्ति बिंदु तक नहीं पहुँच जाता। एक और संभावना यह है कि पानी वाष्प के रूप में रहता है, भले ही यह संतृप्ति बिंदु से परे हो, जिसके परिणामस्वरूप अतिसंतृप्ति होती है।

पानी के सापेक्ष 1-2% से अधिक की सुपरसैचुरेशन वायुमंडल में शायद ही कभी देखी जाती है, क्योंकि आमतौर पर बादल संघनन नाभिक मौजूद होते हैं। स्वच्छ हवा में सुपरसैचुरेशन की बहुत अधिक डिग्री संभव है, और यह बादल कक्ष का आधार है।

बादलों में अतिसंतृप्ति का माप लेने के लिए कोई उपकरण नहीं हैं।

सुपरकूलिंग
पानी की बूंदें आमतौर पर तरल पानी के रूप में रहती हैं और काफी नीचे भी नहीं जमती हैं 0 C. बर्फ के नाभिक जो वायुमंडलीय बूंदों में मौजूद हो सकते हैं, बीच-बीच में विशिष्ट तापमान पर बर्फ निर्माण के लिए सक्रिय हो जाते हैं 0 C और -38 C, नाभिक ज्यामिति और संरचना पर निर्भर करता है। बर्फ के नाभिक के बिना, सुपरकूलिंग बूंदें (साथ ही कोई भी अत्यंत शुद्ध तरल पानी) लगभग नीचे तक मौजूद रह सकती हैं -38 C, जिस बिंदु पर सहज ठंड होती है।

टकराव-संयोजन
एक सिद्धांत यह बताता है कि बादल में अलग-अलग बूंदों का व्यवहार किस प्रकार वर्षा के निर्माण की ओर ले जाता है, वह है टकराव-संयोजन प्रक्रिया। हवा में निलंबित बूंदें एक दूसरे के साथ परस्पर क्रिया करेंगी, या तो टकराकर और एक दूसरे से उछलकर या मिलकर एक बड़ी बूंद का निर्माण करेंगी। अंततः, बूंदें इतनी बड़ी हो जाती हैं कि वे वर्षा के रूप में पृथ्वी पर गिरती हैं। टकराव-संयोजन प्रक्रिया बादल निर्माण का एक महत्वपूर्ण हिस्सा नहीं बनती है, क्योंकि पानी की बूंदों में अपेक्षाकृत उच्च सतह तनाव होता है। इसके अलावा, टकराव-संयोजन की घटना का प्रवेश-मिश्रण प्रक्रियाओं से गहरा संबंध है।

बर्जरॉन प्रक्रिया
बर्फ के बादलों के निर्माण के लिए प्राथमिक तंत्र की खोज टोर बर्जरॉन ने की थी। बर्जरॉन प्रक्रिया नोट करती है कि पानी का संतृप्त वाष्प दबाव, या किसी दिए गए आयतन में कितना जल वाष्प हो सकता है, यह इस बात पर निर्भर करता है कि वाष्प किसके साथ परस्पर क्रिया कर रहा है। विशेष रूप से, बर्फ के संबंध में संतृप्ति वाष्प दबाव पानी के संबंध में संतृप्ति वाष्प दबाव से कम है। पानी की बूंद के साथ परस्पर क्रिया करते समय जल वाष्प 100% सापेक्ष आर्द्रता पर संतृप्त हो सकता है, लेकिन बर्फ के कण के साथ परस्पर क्रिया करते समय जल वाष्प की समान मात्रा अतिसंतृप्त हो जाएगी। जल वाष्प वाष्प-तरल संतुलन में लौटने का प्रयास करेगा, इसलिए अतिरिक्त जल वाष्प कण की सतह पर बर्फ में संघनित हो जाएगा। ये बर्फ के कण बड़े बर्फ क्रिस्टल के नाभिक के रूप में समाप्त हो जाते हैं। यह प्रक्रिया केवल के बीच के तापमान पर होती है 0 C और -40 C. नीचे -40 C, तरल पानी स्वतः ही केन्द्रित हो जाएगा, और जम जाएगा। पानी की सतह का तनाव बूंद को उसके सामान्य हिमांक से काफी नीचे तरल रहने की अनुमति देता जयकार करना। जब ऐसा होता है, तो यह अब अतिशीतलित तरल पानी है। बर्जरॉन प्रक्रिया बड़े कणों को बनाने के लिए बर्फ के नाभिक के साथ संपर्क करके सुपर कूल्ड तरल पानी (एसएलडब्ल्यू) पर निर्भर करती है। यदि एसएलडब्ल्यू की मात्रा की तुलना में बर्फ के नाभिक कम हैं, तो बूंदें नहीं बन पाएंगी। एक प्रक्रिया जिसके तहत वैज्ञानिक वर्षा को प्रोत्साहित करने के लिए कृत्रिम बर्फ के नाभिक के साथ एक बादल का बीजारोपण करते हैं, उसे बादल छाना  के रूप में जाना जाता है। इससे बादलों में वर्षा करने में मदद मिल सकती है अन्यथा वर्षा नहीं हो सकती है। क्लाउड सीडिंग में अतिरिक्त कृत्रिम बर्फ के नाभिक जुड़ जाते हैं जिससे संतुलन बदल जाता है जिससे कि अत्यधिक ठंडे तरल पानी की मात्रा की तुलना में कई नाभिक होते हैं। एक अति बीजित बादल कई कणों का निर्माण करेगा, लेकिन प्रत्येक बहुत छोटा होगा। ऐसा उन क्षेत्रों के लिए निवारक उपाय के रूप में किया जा सकता है जहां ओलावृष्टि का खतरा है।

बादल वर्गीकरण
क्षोभमंडल में बादलों, पृथ्वी के निकटतम वायुमंडलीय परत, को उस ऊंचाई पर वर्गीकृत किया जाता है जिस पर वे पाए जाते हैं, और उनके आकार या उपस्थिति के अनुसार। शारीरिक संरचना एवं निर्माण प्रक्रिया के आधार पर इसके पाँच रूप होते हैं। सिरिफ़ॉर्म बादल ऊँचे, पतले और टेढ़े-मेढ़े होते हैं, और संगठित मौसम गड़बड़ी के प्रमुख किनारों पर सबसे अधिक व्यापक रूप से देखे जाते हैं। स्ट्रैटिफॉर्म बादल गैर-संवहनी होते हैं और व्यापक शीट जैसी परतों के रूप में दिखाई देते हैं, जो काफी ऊर्ध्वाधर विकास के साथ पतली से लेकर बहुत मोटी तक होती हैं। वे अधिकतर स्थिर वायु के बड़े पैमाने पर उठाने के उत्पाद हैं। अस्थिर मुक्त-संवहनी संचयी बादल अधिकतर स्थानीयकृत ढेरों में बनते हैं। सीमित संवहन के स्ट्रैटोक्यूमुलीफॉर्म बादल क्यूम्यलीफॉर्म और स्ट्रैटिफॉर्म विशेषताओं का मिश्रण दिखाते हैं जो रोल या तरंग के रूप में दिखाई देते हैं। अत्यधिक संवहनशील क्यूम्यलोनिम्बिफ़ॉर्म बादलों में जटिल संरचनाएँ होती हैं जिनमें अक्सर सिरिफ़ॉर्म टॉप और स्ट्रैटोक्यूमुलीफ़ॉर्म सहायक बादल शामिल होते हैं।

इन रूपों को ऊंचाई सीमा या स्तर के आधार पर दस जीनस प्रकारों में वर्गीकृत किया गया है जिन्हें प्रजातियों और छोटे प्रकारों में विभाजित किया जा सकता है। उच्च स्तरीय बादल 5 से 12 किलोमीटर की ऊंचाई पर बनते हैं। सभी सिरिफ़ॉर्म बादलों को उच्च-स्तरीय के रूप में वर्गीकृत किया गया है और इसलिए वे एकल बादल जीनस सिरस बादल  का गठन करते हैं। क्षोभमंडल के उच्च स्तर में स्ट्रैटिफॉर्म और स्ट्रैटोक्यूमुलीफॉर्म बादलों में उनके नाम के साथ उपसर्ग सिरो जोड़ा जाता है, जिससे जेनेरा  सिरोस्ट्रेटस बादल  और सिरोक्यूम्यलस बादल प्राप्त होता है। मध्य स्तर (ऊंचाई सीमा 2 से 7 किलोमीटर) में पाए जाने वाले समान बादलों में उपसर्ग ऑल्टो होता है - जिसके परिणामस्वरूप जीनस नाम  आल्टोस्ट्रेटस बादल  और आल्टोक्यूम्यलस बादल होते हैं। निचले स्तर के बादलों में ऊंचाई से संबंधित कोई उपसर्ग नहीं होता है, इसलिए लगभग 2 किलोमीटर या उससे नीचे स्थित स्ट्रैटिफॉर्म और स्ट्रैटोक्यूमुलीफॉर्म बादलों को स्ट्रेटस बादल  और स्ट्रैटोक्यूम्यलस बादल के रूप में जाना जाता है। थोड़े ऊर्ध्वाधर विकास (प्रजाति हुमिलिस) वाले छोटे क्यूम्यलस बादल बादलों को भी आमतौर पर निम्न स्तर के रूप में वर्गीकृत किया जाता है।

क्यूमुलीफॉर्म और क्यूम्यलोनिम्बिफॉर्म ढेर और गहरी स्ट्रैटीफॉर्म परतें अक्सर कम से कम दो क्षोभमंडल स्तरों पर कब्जा कर लेती हैं, और इनमें से सबसे बड़ा या सबसे गहरा सभी तीन स्तरों पर कब्जा कर सकता है। उन्हें निम्न या मध्य-स्तर के रूप में वर्गीकृत किया जा सकता है, लेकिन इन्हें आमतौर पर ऊर्ध्वाधर या बहु-स्तर के रूप में भी वर्गीकृत या चित्रित किया जाता है। निंबोस्ट्रेटस बादल महत्वपूर्ण वर्षा उत्पन्न करने के लिए पर्याप्त ऊर्ध्वाधर सीमा के साथ स्तरीकृत परतें हैं। टावरिंग क्यूम्यलस (प्रजाति कंजेस्टस), और क्यूम्यलोनिम्बस बादल सतह के पास से लेकर लगभग 3 किलोमीटर की मध्यवर्ती ऊंचाई तक कहीं भी बन सकते हैं। ऊर्ध्वाधर रूप से विकसित बादलों में से, क्यूम्यलोनिम्बस प्रकार सबसे ऊंचा होता है और यह वस्तुतः जमीन से कुछ सौ मीटर ऊपर से ट्रोपोपॉज तक पूरे क्षोभमंडल तक फैल सकता है। यह तूफान के लिए जिम्मेदार बादल है।

कुछ बादल क्षोभमंडल के ऊपर, अधिकतर पृथ्वी के ध्रुवीय क्षेत्रों के ऊपर, बहुत ऊँचे से चरम स्तर पर बन सकते हैं। ध्रुवीय समतापमंडलीय बादल देखे जाते हैं, लेकिन सर्दियों में 18 से 30 किलोमीटर की ऊंचाई पर शायद ही कभी, जबकि गर्मियों में, रात के बादल कभी-कभी 76 से 85 किलोमीटर की ऊंचाई पर उच्च अक्षांशों पर बनते हैं। ये ध्रुवीय बादल कुछ वैसे ही रूप दिखाते हैं जैसे क्षोभमंडल में निचले भाग में दिखाई देते हैं।

समरूप प्रकार रूपों और स्तरों के क्रॉस-वर्गीकरण द्वारा निर्धारित होते हैं।

होमोस्फेरिक प्रकारों में दस क्षोभमंडलीय वंश और क्षोभमंडल के ऊपर कई अतिरिक्त प्रमुख प्रकार शामिल हैं। क्यूम्यलस जीनस में चार प्रजातियां शामिल हैं जो ऊर्ध्वाधर आकार और संरचना का संकेत देती हैं।

गुणों का निर्धारण
उपग्रहों का उपयोग क्लाउड गुणों और अन्य जानकारी जैसे क्लाउड राशि, ऊंचाई, आईआर उत्सर्जन, दृश्यमान ऑप्टिकल गहराई, आइसिंग, तरल और बर्फ दोनों के लिए प्रभावी कण आकार और क्लाउड शीर्ष तापमान और दबाव के बारे में डेटा इकट्ठा करने के लिए किया जाता है।

पता लगाना
क्लाउड गुणों से संबंधित डेटा सेट मध्यम-रिज़ॉल्यूशन इमेजिंग स्पेक्ट्रोरेडियोमीटर, पोल्डर, केलिप्सो  या यूरोपीय रिमोट-सेंसिंग उपग्रह जैसे उपग्रहों का उपयोग करके एकत्र किए जाते हैं। उपकरण बादलों की चमक को मापते हैं, जिससे संबंधित पैरामीटर प्राप्त किए जा सकते हैं। यह आमतौर पर व्युत्क्रम समस्या का उपयोग करके किया जाता है। पता लगाने की विधि इस तथ्य पर आधारित है कि बादल भूमि की सतह की तुलना में अधिक चमकीले और ठंडे दिखाई देते हैं। इसके कारण, महासागरों और बर्फ जैसी चमकदार (अत्यधिक परावर्तन (भौतिकी)) सतहों के ऊपर बादलों का पता लगाने में कठिनाइयाँ बढ़ जाती हैं।

पैरामीटर्स
एक निश्चित पैरामीटर का मान उतना ही अधिक विश्वसनीय होता है जितने अधिक उपग्रह उक्त पैरामीटर को माप रहे होते हैं। ऐसा इसलिए है क्योंकि त्रुटियों और उपेक्षित विवरणों की सीमा हर उपकरण में अलग-अलग होती है। इस प्रकार, यदि विश्लेषण किए गए पैरामीटर में विभिन्न उपकरणों के लिए समान मान हैं, तो यह स्वीकार किया जाता है कि वास्तविक मान संबंधित डेटा सेट द्वारा दी गई सीमा में है।

वैश्विक ऊर्जा और जल चक्र प्रयोग बादलों के गुणों की एक विश्वसनीय मात्रा स्थापित करने के लिए विभिन्न उपग्रहों से डेटा गुणवत्ता की तुलना करने के लिए निम्नलिखित मात्राओं का उपयोग करता है:


 * 0 और 1 के बीच मान वाला बादल आवरण या बादल की मात्रा
 * बादल शीर्ष पर बादल का तापमान 150 से 340 K तक होता है
 * बादल का दबाव शीर्ष 1013 - 100 hPa पर
 * समुद्र तल से ऊपर मापी गई बादल की ऊंचाई 0 से 20 किमी तक होती है
 * क्लाउड अवरक्त  उत्सर्जन, 0 और 1 के बीच मान के साथ, वैश्विक औसत लगभग 0.7 के साथ
 * प्रभावी बादल मूंदना, क्लाउड आईआर उत्सर्जन द्वारा भारित क्लाउड राशि, वैश्विक औसत 0.5 के साथ
 * बादल (दृश्यमान) ऑप्टिकल गहराई 4 और 10 की सीमा के भीतर भिन्न होती है।
 * बादल कणों के तरल और ठोस (बर्फ) चरणों के लिए बादल जल पथ
 * तरल और बर्फ दोनों के लिए बादल प्रभावी कण आकार, 0 से 200 माइक्रोन तक

आइसिंग
एक अन्य महत्वपूर्ण संपत्ति विभिन्न ऊंचाई पर विभिन्न प्रकार के बादलों की बर्फ़ीली विशेषता है, जो उड़ान की सुरक्षा पर बहुत प्रभाव डाल सकती है। इन विशेषताओं को निर्धारित करने के लिए उपयोग की जाने वाली पद्धतियों में आइसिंग स्थितियों के विश्लेषण और पुनर्प्राप्ति के लिए क्लाउडसैट डेटा का उपयोग करना, क्लाउड ज्यामितीय और परावर्तन डेटा का उपयोग करके बादलों का स्थान, क्लाउड वर्गीकरण डेटा का उपयोग करके क्लाउड प्रकारों की पहचान करना और क्लाउडसैट ट्रैक (जीएफएस) के साथ ऊर्ध्वाधर तापमान वितरण का पता लगाना शामिल है।

तापमान की सीमा जो हिमपात की स्थिति को जन्म दे सकती है, उसे बादलों के प्रकार और ऊंचाई के स्तर के अनुसार परिभाषित किया गया है:
 * निम्न-स्तरीय स्ट्रैटोक्यूम्यलस और स्ट्रेटस 0 से -10 डिग्री सेल्सियस के तापमान पर बर्फ़ जमने का कारण बन सकते हैं।
 * मध्य-स्तरीय अल्टोक्यूम्यलस और अल्टोस्ट्रेटस के लिए, सीमा 0 से -20°C है।
 * ऊर्ध्वाधर या बहु-स्तरीय क्यूम्यलस, क्यूम्यलोनिंबस और निंबोस्टैटस, 0 से -25 डिग्री सेल्सियस की सीमा पर आइसिंग बनाते हैं।
 * उच्च-स्तरीय सिरस, सिरोक्यूम्यलस और सिरोस्ट्रेटस आम तौर पर बर्फ नहीं बनाते हैं क्योंकि वे ज्यादातर -25 डिग्री सेल्सियस से अधिक ठंडे बर्फ के क्रिस्टल से बने होते हैं।

सामंजस्य और विघटन
पूरे होमोस्फीयर (जिसमें क्षोभमंडल, समतापमंडल और मेसोस्फीयर शामिल हैं) में ऐसी ताकतें हैं जो बादल की संरचनात्मक अखंडता को प्रभावित कर सकती हैं। यह अनुमान लगाया गया है कि जब तक हवा संतृप्त रहती है, तब तक किसी पदार्थ के अणुओं को एक साथ रखने वाली प्राकृतिक सामंजस्य शक्ति बादल को टूटने से बचाने के लिए कार्य कर सकती है। हालाँकि, इस अटकल में एक तार्किक दोष है कि बादल में पानी की बूंदें एक-दूसरे के संपर्क में नहीं हैं और इसलिए कार्य करने के लिए सामंजस्य की अंतर-आणविक शक्तियों के लिए आवश्यक स्थिति को संतुष्ट नहीं कर रही हैं। बादल का विघटन तब हो सकता है जब रुद्धोष्म शीतलन की प्रक्रिया बंद हो जाती है और हवा के ऊपर की ओर उठने की जगह सबसिडेंस (वायुमंडल) ले लेता है। इससे हवा में कम से कम कुछ हद तक एडियाबेटिक वार्मिंग होती है जिसके परिणामस्वरूप बादल की बूंदें या क्रिस्टल वापस अदृश्य जल वाष्प में बदल सकते हैं। पवन कतरनी और डाउनड्राफ्ट जैसी मजबूत ताकतें बादल को प्रभावित कर सकती हैं, लेकिन ये काफी हद तक क्षोभमंडल तक ही सीमित हैं जहां पृथ्वी का लगभग सभी मौसम होता है। एक सामान्य क्यूम्यलस बादल का वजन लगभग 500 मीट्रिक टन या 1.1 मिलियन पाउंड होता है, जो 100 हाथियों के वजन के बराबर होता है।

मॉडल
दो मुख्य मॉडल योजनाएं हैं जो क्लाउड भौतिकी का प्रतिनिधित्व कर सकती हैं, सबसे आम बल्क माइक्रोफिजिक्स मॉडल है जो क्लाउड गुणों (जैसे वर्षा जल सामग्री, बर्फ सामग्री) का वर्णन करने के लिए औसत मूल्यों का उपयोग करता है, गुण केवल पहले क्रम (एकाग्रता) या दूसरे क्रम (द्रव्यमान) का भी प्रतिनिधित्व कर सकते हैं। दूसरा विकल्प बिन माइक्रोफ़िज़िक्स योजना का उपयोग करना है जो विभिन्न आकार के कणों के लिए क्षणों (द्रव्यमान या एकाग्रता) को अलग-अलग रखता है। बल्क माइक्रोफ़िज़िक्स मॉडल बिन मॉडल की तुलना में बहुत तेज़ हैं लेकिन कम सटीक हैं।

यह भी देखें

 * तूफान की गतिशीलता और बादल सूक्ष्मभौतिकी