Jednym ze składników powietrza jest para wodna. Pochodzi ona w całości z procesów parowania z powierzchni Ziemi. Intensywność parowania zależy od następujących czynników:
- temperatury powietrza oraz temperatury powierzchni Ziemi (zwłaszcza wody) (wzrost temperatury wzmaga parowanie)
- prędkości wiatru (wzrost prędkości wiatru wzmaga parowanie)
- stopnia nasycenia powietrza parą wodną (wzrost wilgotności powietrza zmniejsza parowanie)
- ciśnienia atmosferycznego (wzrost ciśnienia zmniejsza parowanie)
Do określania wilgotności powietrza stosuje się najczęściej następujące wskażniki:
wilgotność bezwzględna - określa aktualną zawartość pary wodnej w jednostce objętości powietrza. Wyrażamy ją w g/m3
wilgotność względna - określa stosunek aktualnej zawartości pary wodnej do zawartości pary, która nasyciłaby to powietrze w danej temperaturze. Wyrażamy ją w procentach.
prężność pary wodnej - ciśnienie, jakie wywiera para wodna znajdująca się w powietrzu na powierzchnię Ziemi. Wyrażamy ją w hPa lub mmHg
niedosyt wilgotności powietrza - różnica między prężnością pary wodnej nasyconej i prężnością pary znajdującej się aktualnie w powietrzu. Wyrażamy ją w hPa lub w mmHg
temperatura punktu rosy - temparatura, w której następuje nasycenie powietrza parą wodną (wilgotność względna osiąga 100%) i rozpoczyna się proces kondensacji pary wodnej
Kondensacja pary wodnej (przejście wody ze stanu gazowego do stan ciekły), ewentualnie w stan stały, czyli resublimacja następuje poprzez następujące procesy:
- adiabatyczne (związane z rozprężaniem się powietrza wraz ze wzrostem wysokości) ochładzanie się powietrza podlegającego konwekcji swobodnej (termicznej)
- ochładzanie się powietrza związane z wymuszoną konwekcją na stokach wzniesień
- ochładzanie się powietrza związane z wymuszoną konwekcją na powierzchniach frontów atmosferycznych
- napływ ciepłego powietrza nad wychłodzone podłoże
- mieszanie się mas powietrza o różnych właściwościach fizycznych
- radiacji (wypromieniowania) ciepła z powierzchni Ziemi w wyższe warstwy atmosfery. Odbywa się to najczęściej w pogodne noce.
Warunkiem koniecznym rozpoczęcia kondensacji pary wodnej przy wilgotności względnej 100% jest obecność jąder kondensacji, czyli mikroskopijnych cząstek stałych i ciekłych unoszących się w powietrzu (np.: pyły wulkaniczne, pyłki roślinne, cząstki soli morskiej, pyły przemysłowe). Na jadrach kondensacji następuje osadzanie się produktów kondensacji (kropelek wody lub kryształków lodu). W powietrzu zupełnie pozbawionym jąder kondensacji proces skraplania się pary wodnej rozpczyna się przy wilgotności względnej około 400%.
Skutkiem kondensacji jest powstawanie chmur, mgieł oraz opadów i osadów atmosferycznych.
Mgła to zawiesina drobnych (poniżej 0,05 mm) kropelek wody (przy bardzo niskiej temperaturze również kryształków lodu) w przyziemnej warstwie troposfery ograniczająca widoczność do poniżej 1 km.
Typy mgieł ze względu na przyczyny ich powstawania:
Chmura to widzialny zbiór bardzo małych kropelek wody lub kryształków lodu zawieszonych w swobodnej atmosferze. Ze względu na budowę fizyczną chmury dzielimy na jednorodne (zbudowane wyłącznie z kropelek wody lub kryształków lodu) i mieszane (zbudowane zarówno z kropelek wody, jak i kryształków lodu).
W klasyfikacji chmur używa się określeń w języku łacińskim, by opisać ich wygląd i wysokość na jakiej się tworzą. Taki sposób klasyfikacji został wymyślony w 1803 roku, przez angielskiego chemika Luke`a Howarda. Użył on następujących słów łacińskich: cirrus, które oznacza "lok włosów"; stratus, oznaczające "warstwę"; cumulus - "stos"; i nimbus - "ulewa". Chmury można podzielić na cztery grupy. Pierwsze trzy grupy wyróżnia się na podstawie wysokości na jakiej występuje ich podstawa ponad poziomem gruntu:
- chmury wysokie
- chmury średnie
- chmury niskie
Czwarta grupa to chmury o budowie pionowej: są to chmury bardzo rozbudowanie w pionie i ze względu na to nie mogą być klasyfikowane na podstawie wysokości, na jakiej występuje ich podstawa.